Vías de transducción de señales

Definición de vía de transducción de señales

El término vía detransducción de señales se utiliza para describir la red molecular ramificada a través de la cual moléculas señalizadoras se activan (o desactivan) secuencialmente para llevar a cabo una función celular específica. La vía de transducción de señales se pone en marcha cuando un ligando se une a un receptor de la superficie celular durante la señalización celular.

Las tres etapas de la señalización celular y la vía de transducción de señales

La señalizacióncelular es el proceso por el que una célula responde a los mensajes de su entorno externo a través de receptores proteicos . Cuando un ligando se une a un receptor -unaproteína que se encuentra en el interior o en la superficie de la célula diana- se transmite una señal que desencadena un proceso celular específico.

Una vía de transducción de señales tiene tres etapas básicas:

1. Recepción de la señal: La célula detecta una señal cuando una señal química llamada ligando se une a una proteína receptora de la superficie celular.

2. Transducción de la señal: La molécula señalizadora modifica la proteína receptora de la superficie celular. La señal se transmite mediante cada molécula que cambia la siguiente molécula de la vía.

3. Respuesta celular: La señal inicia un proceso celular específico.

Diagrama y pasos de la vía de transducción de señales

El proceso de transducción de señales se representa en la siguiente figura 1.

Fig. 1 Este diagrama muestra las tres etapas de la señalización celular o transducción de señales.

Etapas de la señalización celular: Recepción de señales

Las moléculas que emiten señales se denominan ligandos, mientras que las moléculas proteicas de la célula a las que se unen los ligandos se denominan receptores. Cuando un ligando se une a un receptor interno, no es necesario que la señal pase a otros receptores o mensajeros. Encambio, cuandoun ligando se une a un receptor de la superficie celular, la señal se transmite a otras moléculas en un proceso denominado transducción de señales.

Pasos de la señalización celular: Transducción de señales

En una vía de transducción de señales, los segundos mensajeros, las enzimas y las proteínas activadas interactúan con proteínas específicas, que en consecuencia se activan en una reacción en cadena que convierte las señales extracelulares en señales intracelulares y, en última instancia, desencadena una respuesta celular específica.

Las interacciones que tienen lugar antes de un determinado punto se denominan eventos ascendentes, mientras que las que tienen lugar después de dicho punto se denominan eventos descendentes.

La mayoría de las proteínas de la célula pueden influir en los procesos descendentes en función de las condiciones existentes en la célula. La interacción de dos o más vías de señalización puede hacer que una única vía se ramifique hacia diferentes puntos finales. Además, los mismos ligandos intervienen con frecuencia en la transmisión de señales diferentes en distintos tipos de células. La diferencia en la respuesta está relacionada con variaciones en la expresión de proteínas entre los tipos celulares. Otro factor es la integración de señales de las vías, que se produce cuando las señales de dos o más receptores separados de la superficie celular se combinan para desencadenar la misma respuesta celular.

Lascascadas enzimáticas también pueden potenciar el impacto de las señales extracelulares. La señal puede iniciarse cuando un único ligando se une a un único receptor. Sin embargo, la activación de un receptor ligado a una enzima puede activar varias copias de un componente de la cascada de señalización, amplificando la señal.

Debido a estas complicaciones, una vía de transducción de señales puede describirse mejor como una red ramificada que como una cadena lineal.

Unavez que la señal se transmite desde el entorno externo de la célula a la superficie interna de la membrana plasmática, puede tomar dos rutas principales hacia el interior celular dependiendo del tipo de receptor que se active, es decir, por segundo mensajero o por reclutamiento de proteínas.

Vía segundo mensajero

El primer tipo de receptor transmite una señal desde su región citoplasmática a una enzima adyacente -llamada efector- queproduce un segundo mensajero. Los segundos mensajeros son pequeños mediadores intracelulares que activan o desactivan determinadas proteínas. Pueden difundirse por el citosol o permanecer incrustados en la membrana plasmática. Los segundos mensajeros suelen ser más prominentes en la vía de señalización cuando se necesita una respuesta rápida y generalizada.

Un ejemplo de segundo mensajero es el ion calcio (Ca2+) que, en respuesta a una señal, se libera en grandes cantidades y se difunde rápidamente por el citosol. Los iones de calcio son responsables de la mediación y coordinación de la contracción de las células musculares esqueléticas. Al igual que los iones de calcio, otros segundos mensajeros hidrosolubles, como el AMPc y el GMPc, se difunden a través del citosol. En cambio, los mensajeros solubles en lípidos, como el diacilglicerol (DAG), se difunden por el interior de la membrana plasmática , donde están incrustadas otras proteínas clave de señalización.

La señalización puede terminar eliminando la molécula mensajera extracelular. Esto se lleva a cabo mediante enzimas específicas que destruyen las moléculas correspondientes. También hay casos en los que los receptores activos son internalizados por la célula y degradados junto con su ligando.

Ejemplos de vías de transducción de señales: dos tipos importantes

Ahora que hemos tratado los fundamentos de la vía de transducción de señales, pasemos a ejemplos concretos de vías de transducción de señales.

Aquí hablaremos de la vía JAK-STAT, que interviene en la transcripción del gen de la caseína durante la producción de leche. También hablaremos de la vía Hedgehog, que desempeña un papel importante en la diferenciación de las extremidades y las neuronas en los vertebrados.

Vía JAK-STAT

Los receptoresquinasas son un tipo de proteínas receptoras de membrana capaces de fosforilar (añadir grupos fosfato a otras proteínas). Las tirosina quinasas receptoras (RTK) son receptores quinasas que añaden grupos fosfato al residuo tirosina. Las RTK se activan cuando un ligando se une a ellas, provocando la dimerización de la RTK (dos moléculas que forman un enlace químico), lo que activa su función de fosforilación.

La vía JAK-STAT transmite información de la membrana celular al núcleo. Desempeña un papel importante en la activación del gen llamado caseína durante la producción de leche.

LasproteínasSTAT -que significan transductores de señalesy activadoresde la transcripción-constituyen los factores de transcripción que son fosforilados por algunas tirosina quinasas receptoras (RTK), como la familia JAK.

Un factor endocrino llamado prolactina se une a los dominios extracelulares de los receptores de prolactina, lo que provoca su dimerización. Cada uno de estos receptores tiene una proteína quinasa JAK unida a ellos, y con estas proteínas JAK ahora reunidas, pueden fosforilar los receptores en varios sitios.

Las proteínas JAK transforman los receptores en un RTK. Con ello, los receptores están ahora preparados para fosforilar las STAT inactivas, lo que da lugar a su dimerización. Los dímeros formados son en realidad la forma activa de los factores de transcripción STAT, por lo que están listos para ser trasladados al núcleo, donde se unirán a determinadas partes del ADN.

En el caso de la producción de leche, estos factores de transcripción se unirán a los elementos promotores aguas arriba de la caseína, lo que inicia su transcripción.

La vía de Hedgehog

Los miembros de la familia de proteínas H edgehog se unen a receptores proteicos conocidos como Patched. Las proteínas Patched se unen a un transductor de señales, la proteína Smoothened, e impiden que funcione.

Si Hedgehog no se une a Patched, la proteína Smoothened no está activa, y una proteína llamada Cubitus interruptus (Ci) se une a los microtúbulos de la célula que responde. La Ci se escinde mientras está en los microtúbulos de forma que permite que un segmento entre en el núcleo y funcione como represor transcripcional. Este segmento de la proteína Ci inhibe la transcripción uniéndose a los potenciadores y promotores de genes específicos.

Por otra parte, si Hedgehog se une a Patched, la forma de la proteína Patched cambia de modo que ya no inhibe a Smootshened. La proteína Ci completa puede ahora desplazarse al núcleo y funcionar como activador transcripcional de los mismos genes que, de otro modo, habría reprimido.

En los vertebrados, la vía Hedgehog es crucial para la diferenciación neuronal y de las extremidades. Los ratones criados para ser homocigotos de un alelo mutante de Sonic Hedgehog mostraban graves deformidades de las extremidades, además de ciclopía, o tener un solo ojo en medio de la frente (Fig. 2).

Fig. 2: Imagen que muestra dos tipos diferentes de ciclopía.