Regulación de la actividad celular

Nuevas proteínas

Señalización por
receptores de membrana

Segundo mensajero intracelular

Regulación de la actividad enzimática

Factores de transcripción controlados por hormonas

Regulación de la expresión génica

Señalización por receptores nucleares

Quinasas / fosfatasas

Proteínas G

cAMP / Ca2+

Tipos de comunicación intercelular

Señalización citosólica directa
(intracelular, difusible, via gap junctions)

Señalización por contacto celular
(extracelular, no difusible)

Señalización por molécula secretada
(extracelular, difusible)

mensajero,
molécula señal

emisor

diana

receptor

Receptor

Receptor

Receptor

Mol. señal
hidrofóbica

Mol. señal
hidrofílica

Proteína transportadora

diana

Mol. señal

Receptor Nuclear

Receptor de membrana

Tipos de señalización intercelular

Mecanismos de especificidad

Diferencias entre clases de mediadores extracelulares

Receptores

Nucleares

Receptores

de Membrana

Señales extracelulares

Consideraciones terminológicas

Superfamilia de
Receptores Nucleares

Hormonas hidrofóbicas

Atraviesan membranas

Necesitan transportadores sanguíneos

precursores/síntesis local

Receptores intracelulares

Estructura y secuencia conservada

Factores de transcripción controlados por hormonas

Funciones: Regulación de la expresión génica

Esteroides
Glucorticoides:	Reacción estrés, Gluconeogénesis, lipolisis
mineralcorticoides: Transporte Na+, K+ y Cl- en riñón
andrógenos/estrógenos: C. sexuales, ciclo menstrual
progestágenos: gestación

Tiroideas: Metabolismo basal, desarrollo

Retinoides (Vit. A): Retina, epitelios

Vitamina D: Metabolismo del Ca2+ (intentino y hueso)

Otros

Especificidad de la acción

síntesis/degradación/presentación de la hormona

dimerización/heterodimerización

Variabilidad en HREs

Reclutamiento de co-activadores/co-represores

Proliferación

Diferenciación

Morfogénesis

Estructuras de
Hormonas liposolubles

a) endocrino

Proteína transportadora

(α- y β-globulinas)

b) Local, de
prohormona

c) Local, de
sustrato intracelular

H. esteroides
H. tiroideas

retinol
vitamina D

prostaglandina J
farnesoides?

conversión enzimática

síntesis enzimática

Modos de acceso del ligando

Albúmina

CBP

Transtiretina

RBP

VDBP

degradación

Complejo
hsp90

importación al núcleo

complejo de unión inactivo

proteína transportadora

LBD

DBD

AD

hsp70

hsp90

p23

hsp56

Interfaz de unión a proteína

Inmunofilinas con
dominio tetratrico péptido

Dominio de unión a TPR

Receptores de esteroides:
localización citosólica

1

ER

553

1

PR

946

1

GR

777

1

TR

408

1

RAR

432

1

VDR

427

<185 aa

>185 aa

unión DNA
66-68 aa
42-94%

unión ligando
225-285 aa
15-57%

C

D

E

F

A/B

H2N-

-COOH

variable
100-500 aa

SF. de Receptores Nucleares: Estructuras conservadas

DBD

LBD

AF1

AF2

CoR

Largos: Homodímeros

CoA

Cortos: Heterodímeros

Estructura de
Receptores Nucleares

C

D

E

F

A/B

H2N-

-COOH

C4

C5

caja
P

caja
D

Dedos de Zn:
Unión al DNA

Estructura de los dominios DBD

Caja P:
unión a hemi-elemento
hexámero HRE

Caja D:
Dimerización

GR dimérico

RXR

TR

RAR

RXR

DR3

DR4

DR5

(MR, PR, AR)

palindrómicos

secuencias consenso

DR4

DR3

DR5

Unión al DNA: Elementos de Respuesta a Hormonas (HREs)

Espaciado impone geometría de dimerización

Repeticiones directas

holo-LBD
(ocupado)

vista axial

Interfaz de
dimerización,

Heptadas hidrofóbicas
H9-H10

H10

H9

ФФXEФФ

Lys

Glu

Estructura

Todo alfa

Unión de ligando
(núcleo hidrófobo)

Interfaz de dimerización
(heptadas en α-hélice)

Receptores Nucleares: LBDs

Activación

Cambio conformacional inducido por ligando

AF2: motivo φφXEφφ
(unión de LXXLL)

apo-LBD
(desocupado)

AF-2 (τc)

Bolsillo hidrofóbico
(unión a LXXLL en N-CoA)

Tamoxifen bloquea

Receptores Nucleares: Dimerización

Grupo I:
R. de esteroides

DNA: Palíndromos

Homodímeros simétricos

Grupo II:
Heterodímeros RXR

DNA: Repeticiones directas

heterodímeros asimétricos

apo-RXR obligatorio en 5'

Grupo III:
R. huérfanos dímericos

DNA: Repeticiones directas

homodímeros asimétricos

Grupo IV
R. huérfanos monómeros

DNA: core+5'

monómeros?

GR glucocorticoides

MR mineralcorticoides

PR progesterona

AR andrógenos

ER estrógenos

TRα,β H. tiroideas

RARα,β,γ trans-RA

VDR 1,25(OH)2D3

PPARα,β,γ eicosanoides

RXRα,β,γ 9-cis-RA(DR1)

COUP/ARP ?

HNF-4 ?

RNGFI-B ?

EFP/SF-1 ?

R. Nucleares: especificidad

Disponibilidad diferencial

Expresión del receptor

Disponibilidad de hormona
(síntesis, degradación, presentación)

Dimerización combinatoria

Orientación de hemisitios
(homo/hetero, simetría)

Espaciador: regla 1-5
(translación+giro)

Variabilidad en HREs

Reclutamiento N-CoA/N-CoR

Palíndromo R. Directa R. Inversa

(simétrico) (asimétrico) (simétrico)

DR1

DR2

DR3

DR4

DR5

Heterodimeros RXR/ZZZ

N

NN

NNN

NNNN

NNNNN

RARα,β,γ

RXR silente

RXR activo

N

PPAR

RXRα,β,γ

PPAR

VDR

TRα,β

RARα,β,γ

NNNN

NNNNN

LXR

NGFI-b

RXR

Funciones: Regulación de la expresión génica

Esteroides
Glucorticoides:	Reacción estrés, Gluconeogénesis, lipolisis
mineralcorticoides: Transporte Na+, K+ y Cl- en riñón
andrógenos/estrógenos: C. sexuales, ciclo menstrual
progestágenos: gestación

Tiroideas: Metabolismo basal, desarrollo

Retinoides (Vit. A): Retina, epitelios

Vitamina D: Metabolismo del Ca2+ (intentino y hueso)

Otros

Proliferación

Diferenciación

Morfogénesis

Receptores nucleares: Acciones

Proteínas de
2ª respuesta

Proteínas de
1ª respuesta

activación
R. Nucleares

transcripción de genes de 1ª respuesta

represor

+

_

_

Factor de transcripción

Acción

Termina 1ª respuesta

R. nucleares: Co-moduladores

Reclutamiento de co-represor

N-CoR

SMRT

Represión transcripcional

Unión a zona D (bisagra)

Represión basal

Activación transcripcional

AF1: TFIIB (RNApol II)

AF2: Co-activadores (LXXLL)

Reclutamiento de co-activador

CoA

motivo
φφXEφφ

motivos
LXXLL

N-CoA1/SRC-1
TIF2/GRIP1

1

1448

bHLH
(DNA)

Rico en S/T
(RAR, ER, TR)

motivos
LXXLL

(CBP)
(p300)

(PR)

CBP

p300

1

2441

Zn1

Zn2

Zn3

Bromo

NR

STAT2

CREB
Jun

E1A

Fos
p/CAF
TFIIB

SRC-1

TBP

TBP

Represión por interacción con AP-1

Remodelación de cromatina

Activación de RNA pol II

Receptores Nucleares:
Regulación Transcripcional

γ

β

α

GDP

E

γ

β

α

GDP

E

γ

β

α

GTP

E

γ

β

α

GTP

E

γ

β

α

GDP

E

Acción

Receptores acoplados a Proteínas G

Unión de ligando
interacción con proteína G

Intercambio GDP/GTP
Disociación

Unión al efector
activación

Hidrólisis GTP
reasociación

GTP

GDP

Pi

N

C

extracelular

extracelular

intracelular

7TM

Unión de ligando

Unión a G

i1

i2

i3

e1

e2

e3

R

H

RH*

RH*

RH*

>> 1000 tipos

Aminas
DA, NA, Adr, 5-HT

Péptidos
SP, BK, ACTH

H. Polipeptídicas
FSH, LH, glucagón, insulina

Prostaglandinas

ss

ss

ss

Superfamilia de receptores Tyr-quinasa

Y

Y

Y

Y

-P

P-

SH2

transfosforilación y
activación

reclutamiento
via SH2

fosforilación de sustratos

dimerización inducida por ligando

P-Y

D. similar a Ig

D. rico en Cys

EGF-R

R. insulina
IGF-R

NGF-R

FGF-R

PDGF-R
CSF-R

VEGF-R

N

C

extracelular

extracelular

1TM

Clase I

Clase II

Clase III

R. Factores de crecimiento

mitógenos

MAPK

D

D

TRAD 2

TRAF2

RIP

I

L

R

2

I

L

R

1

A

C

P

M

Y

D

I

R

A

K

TRAF6

IKK

IKK

NIK

IB

p50

p65

IB

p50

p65

ATP

ADP

p50

p65

Ub

ATP

IB

Ub

Ub

Ub

C

D

4

T

R

A

F

6

T

R

A

F

2

PKC 

p50

p65

COX2

NOS

mRNA

GTPCH

kB

Activación de NF-κB por citoquinas

IL-1β

LPS

TNFα

NF-κB

IκB mantiene NF-κB secuestrado (inactivo)

Fosforilación
de IκB por IKK

Activación de IKK por fosforilación

ubiquitinación
de IκB

proteolisis

Expresión de genes pro-inflamatorios y pro-supervivencia

Translocación al núcleo

Stat

Stat

IFN

JAK

Stat

JAK

Stat

I

N

F

R

I

N

F

R

TNF

D

D

TRAD 2

TRAF2

RIP

IL1

I

L

R

2

I

L

R

1

A

C

P

M

Y

D

I

R

A

K

TRAF6

IKK

IKK

NIK

IB

p50

p65

IB

p50

p65

ATP

ADP

p50

p65

Ub

ATP

IB

Ub

Ub

Ub

GAS

Stat

Stat

IRE

IB

p50

p65

NFkB

GDP

ras

C

D

4

T

R

A

F

6

T

R

A

F

2

nSMasa

CER

MKK 1/2

p42/ p44

raf

CAPK

Fos

JUN

JUN

Fos

AP1

AA

PKC

PL

aSMasa

CER

LPS

P

L

A2

COX2

NOS

mRNA

GTPCH

Figura 1.9	Vías de señalización implicadas en la activación de la transcripción de los enzimas	inducibles NO-sintasa (NOS2), Ciclooxigenasa (COX2) y GTP-ciclohidrolasa	(GTPCH). Las citoquinas (IL1ß, TNF) y la endotoxina (LPS) actúan sobre receptores funcionales diferentes, para formar complejos de señalización específicos, pero que comparten proteínas efectoras comunes TRAF2 y TRAF6 (TRAF: proteínas asociadas al receptor de TNF). Los complejos activados aumentan la actividad de la quinasa inductora de NFB (NIK) de las quinasas IKK1/IKK2 (IKK: quinasas de I) que fosforilan al inhibidor IB y facilitan su reconocimiento por proteínas (ubiquitinas) que promueven su degradación y liberación de los dímeros activos (p50/p65) de NFB que se translocan al núcleo y se unen a secuencias de 10 bases presentes en los promotores de los genes de COX2, GTPCH y NOS2. Una vía alternativa usada por estas citoquinas implica la liberación de ceramida en diferentes compartimentos celulares que activan NFB por la vía raf-MEK1/2 que activa AP1. El IFN se une a un receptor diferente que promueve la asociación, transfosforilación y activación de tirosina quinasas de la familia JAK (Janus kinase). Las JAK activadas fosforilan al propio receptor y permiten el reclutamiento de diferentes factores de transcripción de la familia de proteínas transductoras y activadoras de señales de transcripción STAT (Signal Transducing and Activators of Transcription) portadores de secuencias canónicas de unión a fosfotirosinas (SH2). Los factores STAT son fosforilados por JAK y se disocian del receptor, dimerizan en el citosol y se translocan al núcleo para unirse a secuencias GAS (secuencias activadas por -interferón) y elementos (IRE) de respuesta al IFN. La presencia promiscua de los mismos elementos de respuesta en los promotores de los enzimas NOS2, COX2 y GTPCH justifica la potenciación de la respuesta a diferentes agentes que se observa en muchas células de mamífero.

kB

Familias de receptores GPCR

Familia A: Rodospsina/βAR

R. de aminas biógenas
(DA, NA, 5-HT, HA, mAchR)

R. de péptidos
(CCK, endotelinas, taquiquininas,NPY, TRH, bombesina y opsinas)

R. de bradiquinina

R. de glicoproteínas y similares
(FSH, LH, TSH, GnRH, fMLP, ADH, oxitocina, somatostatina, opioides)
(Nucleótidos, eicosanoides, opioides)
(Activados por proteasa)

R. olfativos y similares
(odorantes, adenosina, cannabinoides,melanocortina)

R. de melatonina

Familia B: péptidos tipo glucagón

R. de Calcitonina, CGRP, CRF

R. de PTH y PTHrP

R. de Glucagón y similares
(GIP, GHRH, PACAP, VIP, secretina)

R. de latrotoxina

Familia C: glutamato/Ca2+

R. metabotrópicos de glutamato mGluR

R. metabotrópicos de GABA, GABAB

R. gustativos

R. de feromonas

R. de Ca2+ extracelular

(ERW)

N extra largo

N largo

SS

No DRY

Ancla C

No
ancla

e3 extra corto

Dímeros obligatorios

GPCR: Activación de la Proteína G

α, GTPasa

α, helicoidal

dímero βγ

N

N

C

C

i3

Actividad GEF del GPCR

Acción

Unión de ligando,
interacción proteína G

Intercambio GDP/GTP,
Disociación

Unión al efector
activación

extracelular



β

α

GDP



β

α

GDP



β

α

GTP



β

α

GTP

E

E

E

Hidrólisis GTP
reasociación

baja afinidad

alta

afinidad

Ciclo de acción de las
Proteínas G heterotriméricas

Pi

anclaje a membrana

varios efectores

reloj molecular

amplificación

G activa

G activa

Activación de Proteína G heterotrimérica







Dominios

WD

Unión a efector 

Unión a GRK

Unión a efector 

Amplificación

Control temporal

Control espacial

Integración

Modulación

Reloj molecular

Difusión en membrana

Divergencia

Convergencia

Estructura y regulación de la Proteína quinasa C (PKC)

cPKC, convencional

nPKC, nueva

unión
ATP

catalítico

C1

C1

C2

C4

C3

aPKC, atípicas

Unión

DAG

unión Ca2+
PS

PS, no Ca2+

pseudosustrato

autoinhibidor

forbol

, , 

, , , 

, , 

PS, DAG, Ca2+ / AA

PS, DAG,

PS, AA ?

PKC en reposo (citosol, citoesqueleto)

inactiva

activa

Translocación

PKC quinasa

autofosforilación

alinea D. catalítico

coloca autohibidor N-pseudosustrato

Unión DAG, activación

desfosforilación inactiva

membrana

Regulación

nPKC, nuevas

Ca2+
100 nM

VOCCs

ROCCs

SMOCs

GPCR

SERCA

Ca2+

IP3

Ca2+

SERCA

IP3R

cADPR

Ca2+

Ca2+

Ca2+

Ca2+

Ca2+

Ca2+

Ca2+

Ca2+

Ca2+

Na+

Ca2+

PMCA

Intercambiador

Na+/Ca2+

Ca2+

uniportador Ca2+

mitocondrial

RyR

PLC

Tampones Ca2+

calbindina, parvalbúmina

acciones

Mecanismos de subida de [Ca2+]i

entrada por membrana plamática

liberación de reservorios intracelulares

Ca2+
1-2 mM

Ca2+
0.5 mM

Mecanismos de bajada de [Ca2+]i

Homeostasis intracelular del Ca2+

Retículo endoplásmico

Señales de Ca2+: IP3, RyR y CICR

CICR

amplificación

extensión

oscilaciones

IP3R
controlado por IP3

RyR
controlado por Ca2+

Ca2+ IP3

Ca2+ cADPR

alta afinidad

(sat. a [Ca2+]r)

inhibitorio

alta afinidad

(saturado
en reposo)

baja
afinidad

baja
afinidad

Moduladores múltiples

Hélice E

Hélice F

Mano EF

Estructura de la Calmodulina

Bolsillos hidrófobos, Met

Met expuestas

4 Ca2+

apo-calmodulina

Ca2+-calmodulina

Ca2+

Ca2+

Sitio de unión de Ca2+

Met expuestas

región bisagra

nuevo sitio de unión

Kd
0.5-1 µM

N

N

C

C

parcialmente expuesto

Unión cooperativa

E

D

D

N

H2O

carbonilo

Unión de Ca2+-calmodulina a su diana

Diana,
MLCK

bisagra

interacción hidrófoba

interacción hidrófoba

bisagra

péptido MLCK (diana)

Ca2+-calmodulina,
conformación extendida

Señalización 2004

Enrique Castro

2002-04-02T14:13:45

Enrique Castro