Transducción de señales

Vía de transducción de señales

Durante la transducción de señales, una célula libera señales. Estas señales pueden adoptar la forma de un ligando químico, como un neurotransmisor, una hormona o una molécula^.1

La comunicación celular puede producirse en distancias cortas. Los neurotransmisores permiten que las señales viajen a través de la hendidura sináptica hasta la neurona vecina para iniciar cambios^.1 Del mismo modo, las uniones en hendidura que unen células vecinas permiten que pequeñas moléculas de señalización como el ^Na+ fluyan directamente entre las células. Pero la comunicación celular también puede producirse a larga distancia^. 1 Esto se consigue mediante el uso de hormonas. Las hormonas liberadas por las glándulas endocrinas, como las suprarrenales, viajan hasta las células diana a través del torrente sanguíneo.¹ Normalmente, las células diana de tu sistema endocrino están situadas en varios sistemas orgánicos. Entonces, ¿cómo sabe un ligando cuándo ha alcanzado su diana? A través de los receptores.

Pasos de la vía de transducción de señales

Casi todas las vías de comunicación celular tienen tres etapas: recepción, transducción de la señal y respuesta celular^. 1 Durante una vía típica de comunicación celular, la célula señalizadora libera su señal en la matriz extracelular. Una vez en la matriz, la señal viaja hasta la célula diana. Las células diana están cargadas de receptores en su superficie y/o en su citosol. Hay muchos tipos diferentes de receptores en el cuerpo humano, cada uno con sus propios ligandos. Por ejemplo, los receptores de dopamina, como los receptores AMPA, sólo se unen a la dopamina y hacen que las células diana tomen más iones ^Na+.

Los receptores transductores de señales se clasifican en cuatroclases principales:³

1. Receptores ligados a enzimas

   • Son receptores que se extienden a través de la membrana plasmática de la célula diana y pueden funcionar como una enzima o trabajar para activar o producir enzimas.³

2. Receptores acoplados a proteínas G

   • Estos receptores están unidos a proteínas G dentro de la célula^.3

3. Receptores nucleares

   • Receptores que se encuentran dentro del núcleo y funcionan para alterar la expresión génica dentro de la célula diana^. 3

4. Canales iónicos activados por ligando

   • Estos receptores son canales iónicos que se abren o cierran cuando su ligando se une a ellos. Estos receptores se encuentran en la membrana plasmática de la célula diana.

Cuando tu cuerpo responde a un estímulo o a un patógeno invasor, se activan ciertas clases de receptores al liberarse determinados ligandos. Una vez activados, estos receptores iniciarán las funciones necesarias para devolver el cuerpo a la homeostasis (a su estado original de equilibrio) o para permitir que tu cuerpo realice una función específica. Los receptores activados funcionan de distintas maneras según su clase. Por ejemplo, los receptores internos viajan al núcleo para alterar la expresión génica en la célula diana^.3 Un cambio en la expresión génica puede hacer que la célula diana muera, produzca otra señal o se convierta en otra célula (en el caso de las células madre).

Asimismo, los receptores de membrana, como los canales iónicos activados por ligando, funcionan abriéndose y cerrándose para permitir que determinados iones, como el ^Na+ o el ^K+, entren y salgan de la célula.³ Del mismo modo, los receptores acoplados a proteínas G provocan muchas reacciones dentro de la célula para producir diferentes respuestas celulares. Las alteraciones en la transducción de señales están asociadas a muchas enfermedades^. 3

Es importante reconocer que cada célula de tu cuerpo tiene muchos receptores diferentes, que les permiten responder a diversos ligandos y estímulos. Algunos receptores son capaces de unirse a varios ligandos diferentes; por ejemplo, los receptores del dolor se unen tanto a los neurotransmisores del dolor como a los ligandos que se encuentran en los analgésicos. La capacidad de los receptores para unirse a distintos ligandos es la base de la medicina moderna. Permite tratar enfermedades y afecciones con fármacos.

Tipos de transducción de señales

Una vez que un ligando se une a un receptor, deben producirse una serie de acontecimientos para que la célula diana produzca una respuesta celular. Estos acontecimientos se conocen como transducción de señales. La transducción de señales sólo tiene lugar con receptores de membrana como los canales iónicos activados por ligando y los receptores acoplados a proteínas G, ya que los receptores internos pueden interactuar directamente con el ADN de la célula diana^.3 Cuando un ligando se une a su receptor de membrana, se producen cambios conformacionales que afectan al dominio intracelular del receptor.

Existen muchos tipos diferentes de vías de transducción de señales que desempeñan distintas funciones en la mediación de las respuestas celulares. Analicemos a continuación algunas de estas vías.

Vía de señalización Akt

La vía de señalización Akt se conoce como la vía pro-supervivencia. Desempeña funciones importantes en la síntesis de proteínas, el metabolismo, la proliferación celular y el ciclo celular.² Esta vía de transducción de señales se produce varias veces al día, a medida que tu cuerpo repone las células moribundas, metaboliza los alimentos y crea nuevas proteínas para diversas funciones corporales.² La vía Akt es un componente esencial de la homeostasis. La Fig. 2 representa toda la vía Akt que siguen tus células para mantener tu cuerpo. Esta vía puede parecer desalentadora al principio, pero la recorreremos para asegurarnos de que la comprendes. Empecemos por el nivel del receptor. Los ligandos, como los factores de crecimiento y las citocinas, se unen a los receptores de membrana de la superficie celular, lo que activa la proteína cinasa 3 (PI3K). La activación de la proteína cinasa 3 inicia la vía AKT.

La activación de la PI3K provoca la conversión del fosfatidilinositol-bisfosfato (PIP2) en fosfatidilinositol trisfosfato (PIP3).² La PKB/Akt se une al PIP3 en la membrana plasmática, permitiendo que la PDK1 acceda a la AKT y la fosforile.² Esta modificación de la Akt es suficiente para activar la mTORC2, que fosforila directamente la AKT provocando la inhibición de la proteína 2 de la esclerosis tuberosa (TSC2). A continuación, Rheb forma un complejo con GDP que se fosforila en GTP.² Juntos, Rheb y CTP activan el factor de transcripción mTORC1. La activación de mTORC1 altera la expresión génica de la célula para promover el crecimiento celular, la supervivencia y otros mecanismos útiles.²

Es probable que no te examinen de toda la vía, pero es bueno repasar cada paso para comprender cuántos componentes son necesarios para que la transducción de señales tenga éxito.

Vía de señalización AMPK

Otra vía importante es la vía de señalización AMPK. Esta vía de señalización se activa en respuesta a niveles bajos de energía (ATP). Los niveles reducidos de ATP disponible están causados por el estrés, la falta de oxígeno (hipoxia), el choque térmico u otras condiciones en las que la homeostasis se interrumpe gravemente.² La vía de la AMPK se encarga de activar enzimas que restauran los niveles celulares de ATP disponible.² Esto evita que las células afectadas mueran por falta de nutrientes. La vía AMPK actúa como una solución temporal a los niveles bajos de ATP. Si no se estabiliza a tiempo, tus células morirán.²

Vía de la apoptosis

La apoptosis es la muerte celular programada y es esencial para mantener la homeostasis.² Quizá te preguntes por qué tu cuerpo tiene protocolos de autodestrucción en su hardware. Pues bien, la apoptosis permite reponer las células viejas y desgastadas con células nuevas y sanas.² La razón por la que tus células se autodestruyen es que las células moribundas provocan una inflamación generalizada en el organismo al liberar citocinas inflamatorias.

Las células moribundas inician la vía de la apoptosis dentro de sí mismas. Esto significa que las células moribundas responden a sus propias señales. Una vez liberada la señal de autodestrucción, los receptores de la superficie de las células moribundas.

Transducción de señales en las plantas

Una parte importante de la fisiología vegetal es la capacidad de realizar la fotosíntesis. La fotosíntesis es un proceso crucial para la supervivencia de una planta. Tu forma de pensar sobre la fotosíntesis puede ser muy amplia. En la escuela aprendemos que las plantas aprovechan la energía del sol para crear energía para sus células. Pero, ¿cómo obtienen exactamente la energía estas plantas? La respuesta es ¡transducción de señales! Al igual que las células animales, las células vegetales también llevan a cabo complejas vías de señalización para mantener la homeostasis. Tomemos como ejemplo la planta de la patata.

Cuando una planta de patata se desarrolla inicialmente bajo tierra, crece en ausencia de luz, un proceso conocido como etiolación.⁴ La etiolación es un proceso poderoso porque una planta de patata en desarrollo no tiene pigmento verde y, por tanto, no puede realizar la fotosíntesis. Cuando la planta de la patata emerge a la superficie y se expone a la luz solar, empieza a desarrollar pigmento verde en sus hojas.⁴ El proceso de desarrollo del pigmento verde se denomina des-etiolación.⁴ ¿Cómo se produce la des-etiolación?

Cuando la planta de la patata emerge, la luz solar estimula un receptor del fitocromo que se encuentra en el citosol de la célula vegetal.⁴ La señal se transduce a través del GMP cíclico, un segundo mensajero que activa la proteína cinasa.⁴ Mientras tanto, las señales luminosas también activan los canales de calcio de la membrana de la célula vegetal, lo que permite que el calcio entre en la célula para activar otra proteína cinasa.⁴ La activación de estas dos cinasas conduce a la fosforilación de los factores de transcripción, lo que altera la expresión génica de la planta y hace que se vuelva verde al desarrollar las proteínas necesarias para llevar a cabo la fotosíntesis.⁴ La figura 3 muestra el proceso de des-etiolación.