Tema 01 copia

Tema 1: Mecanismos de Transducción de Señales por receptores de Membrana

TEMA 1 diferenciación y muerte), así como la proliferación
del endometrio para hacerle receptivo al oocito, en
caso de fecundación, y, por otro, envían señales a
Mecanismos de Transducción de señales las estructuras anteriores (SNC, hipotálamo e
por receptores de membrana hipófisis), las cuales son integradas en su conjunto,
regulando la secreción de las señales implicadas con
1.1. Comunicación Celular el fin de asegurarse la culminación perfecta del ciclo
El primer punto importante cuando se aborda ovárico. Si no hay fecundación, la suma de
el estudio de la transducción señales es la concentraciones de neurotransmisores, hormonas,
comunicación celular, la cual es necesaria para factores de crecimiento y citoquinas, disparan otra
regular y coordinar las distintas funciones serie de procesos como la involución del endometrio
fisiológicas. Las células se comunican por sustancias (apoptosis) y el comienzo de un nuevo ciclo ovárico.
químicas llamadas men-sajeros primarios, los cuales, Los limites que definen a los distintos tipos
de forma general, pueden agruparse en cuatro tipos de señales a veces no están demasiado claros, ya que
principales: se conocen ejemplos de sustancias neurotransmi-
- Neurotransmisores.- Moléculas de señalización soras que pueden actuar como hormonas (depen-
utilizadas por el Sistema Nervioso para comunicar diendo de la concentración y de la célula diana). De
entre si sus distintas estructuras o comunicarse con igual forma, algunas hormonas en ocasiones se
los órganos periféricos. comportan como factores de crecimiento.
- Hormonas.- Moléculas de señalización, formadas
por las glándulas endocrinas que regulan la casi 1.1.1. Tipos de Comunicación Intercelular.
totalidad de las funciones fisiológicas ejercidas por Tradicionalmente, basándose en la distancia
los distintos órganos. que ha de recorrer el mensajero primario para ejercer
- Factores de Crecimiento.- Moléculas de su efecto en la célula diana, se han distinguido tres
señalización por lo general asociadas al control de la tipos generales de comunicación:
proliferación, diferenciación y la muerte celular. - Señalización endocrina.- Las señales (usualmente
- Citoquinas.- Moléculas de señalización hormonas) deben de recorrer distancias conside-
implicadas en el control de la inmunidad del rables (hasta más de 1 m) para actuar sobre la célula
organismo frente a agentes extraños (virus, diana y normalmente son transportadas por la
bacterias, parásitos) o propios (cáncer). sangre. Dada la dilución que sufre la hormona en el
Esta agrupación de señales por tipos tiene sistema sanguíneo necesita que las moléculas
más un valor formativo que real, ya que las fun- receptoras presenten una elevada afinidad por estas.
ciones fisiológicas humanas normalmente implican a - Señalización paracrina.- Las señales liberadas por
distintas señales englobadas en los apartados an- una célula afectan a células en su proximidad (menos
teriores. Un ejemplo ilustrativo lo constituye el ciclo de 1 µm). La conducción de un impulso eléctrico
ovulatorio. En la pubertad, el sistema nervioso desde una neurona a otra neurona o a una célula
central recoge informaciones del organismo, trans- muscular es un ejemplo de señalización paracrina.
mitidas por descargas hormonales, de factores de Dada la elevada concentración de neurotransmisor
crecimiento y citoquinas, que quedan recogidas por que se consigue en este tipo de señalización, la
el “Gonadostato”, estructura implicada en la afinidad de las moléculas receptoras no necesita ser
regulación del comienzo y posterior continuidad del muy elevada.
ciclo ovárico. El acumulo de información en el - Señalización autocrina.- En este caso, la célula
gonadostato, en un momento dado del desarrollo, es responde a sustancias liberadas por ella misma. La
tal que provoca la activación de determinadas vías de mayoría de los factores de crecimiento actúan de esta
neurotransmisión que confluyen en el Hipotálamo y forma o de forma paracrina, para estimular el
activan la síntesis y secreción de factores estimu- crecimiento y la proliferación celular. Las células
lantes del ciclo (entre ellos, LHRH, Hormona tumorales en muchos casos producen factores de
Liberadora de LH). Estas sustancias llegan a la crecimiento que, de forma descontrolada, promueven
Hipófisis, donde activan la secreción de hormonas el crecimiento de la masa tumoral.
tales como LH (Hormona Luteinizante) y FSH Además de estos tipos generales de
(Hormona Estimulante de Folículos). Las hormonas comunicación, las células pueden recibir señales del
hipofisarias estimularán en el ovario la maduración medio extracelular por dos tipos más de mecanismos:
de ciertos folículos, lo cual implica la síntesis de - Señalización Yuxtacrina o comunicación Célula-
estrógenos y progestágenos, de factores de Célula. Son mecanismos bastante importantes de
crecimiento y ciertas citoquinas. Estas sustancias comunicación. En general, están mediados por
ejercen dos efectos fundamentales. Por un lado, proteínas de membrana plasmática de una célula que
provocan la maduración de un único folículo y la son reconocidas por proteínas receptoras de otra
atresia del resto (procesos de proliferación, célula. La interacción de la proteína ligando con la

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proteína receptora dispara ciertas vías de señalización Segundos Mensajeros. Estas moléculas son las
en la célula diana. Ejemplos de este mecanismo se responsables de activar los procesos biológicos en
dan en células del sistema inmune (adhesión de las células diana mediante la activación de rutas de
leucocitos, reconocimiento por células T citotóxicas transducción específicas que, en último término,
de células infectadas, etc.). Otro mecanismo también modificaran la expresión de grupos de
importante de resaltar en la comunicación intercelular genes. A este tipo de receptores se les denomina
es la existencia de “Gap Junctions” entre células Receptores de Membrana Plasmática, siendo
vecinas. La estructura Gap Junction comunica los objeto de este tema su estudio así como las rutas de
citoplasmas de células vecinas, mediante el transducción generadas por ellos.
establecimiento de “poros”, permitiendo el Los receptores de membrana se han agrupado
intercambio de metabolitos de pequeño peso en cuatro tipos generales (Figura 1.1):
molecular (usualmente no mayores de 1kd), - Receptores Ionotrópicos.- La unión del
incluyendo a la mayoría de segundos mensajeros. ligando cambia la conformación del receptor de
- Comunicación Célula-Matriz Extracelular. Son modo que permite el flujo de un determinado ion a
mecanismos de comunicación que permiten la través del receptor. El movimiento iónico resultante
adhesión de las células a las proteínas extracelulares altera el potencial eléctrico de la membrana celular.
de la matriz extracelular (fibronectina, laminina, Un ejemplo lo constituye el receptor de acetilcolina
colágenos, etc.). Es un mecanismo crucial para el en la placa motora.
modelado (desarrollo) o remodelado (tras algún tipo - Receptores metabotrópicos.- También cono-
de lesión) de los órganos. cidos como receptores asociados a proteínas G o
Finalmente, en los últimos años, se han receptores Serpentínicos. Estos receptores están
puesto de manifiesto diversos ejemplos de asociados a proteínas G. La unión del ligando activa
señalización que se engloban dentro del término de a una proteína G, la cual a su vez activa o inhibe a
Señalización Intracrina. En este caso, un metabolito una determinada enzima que genera un segundo
originado en la célula puede disparar vías de mensajero, o bien modula la actividad de un canal
señalización en la propia célula sin necesidad de salir iónico, causando un cambio en el potencial de
al exterior. Un ejemplo válido lo constituye la membrana. Ejemplos de señales que actúan a través
regulación de la biosíntesis del colesterol. Cuando de este tipo de receptores son epinefrina, serotonina
las concentraciones de colesterol endógenas son muy y glucagón.
elevadas, esta molécula es capaz de activar un
represor transcripcional que inhibe la transcripción
de los genes implicados en la biosíntesis de novo del
colesterol.

1.2. Tipos de Receptores.
Para que una molécula señal sea reconocida
por la célula diana se necesita de la presencia de una
molécula receptora que pueda modificar su actividad
biológica al interaccionar con la señal. Las moléculas
receptoras o Receptores se clasifican en dos tipos
principales, dependiendo de la naturaleza química del
ligando o señal. Así, si la señal o Ligando es de
naturaleza liposoluble podrá atravesar la membrana
plasmática sin mucha dificultad e interaccionar con
sus receptores intracelulares. La interacción posibilita
la activación del receptor y la posterior regulación de
la expresión génica de un grupo determinado de
genes. A estos receptores se les denomina Recep-
tores Nucleares (ya que muchos presentan dicha
localización) o Receptores Intracelulares, los Figura 1.1. Tipos de receptores en la señalización celular.
cuales serán objeto de estudio en el tema 2. Por el
contrario, si la señal es de naturaleza hidrosoluble, - Receptores con actividad enzimática
dado que no podrá atravesar la membrana intrínseca.- Como su nombre indica, la activación
plasmática, necesita de la existencia de receptores del receptor por el ligando propicia que el receptor
asociados a la membrana plasmática. La activación muestre una actividad enzimática. Este grupo
del receptor por el ligando promueve, en la mayoría engloba a receptores con distintas actividades
de los casos, la formación de moléculas enzimáticas. Así por ejemplo, el factor natriurético
transductoras de la señal que reciben el nombre de atrial al interaccionar con su receptor activa su

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actividad guanilato ciclasa, la activación del receptor esquematizada en la figura 2.1. Estos receptores
de leucocitos CD45 activa su actividad tirosina están formados por cinco subunidades proteicas que
fosfatasa, la activación de los receptores de insulina se disponen integradas en la membrana plasmática
y de muchos factores de crecimiento provoca la formando una estructura de anillo, quedando situado
aparición de actividades tirosina quinasa (insulina, el “poro” iónico en el centro de dicha estructura.
factor de crecimiento epidérmico) o serina/treonina
quinasa (factor de crecimiento transformante tipo ß).
- Receptores asociados a tirosin-quinasas
citosólicas.- También conocidos como
superfamilia de receptores de citoquinas. Estos
receptores carecen de actividad catalítica pero se
asocian directamente, tras su activación, con
proteínas citosólicas que tienen actividad tirosina
quinasa. Ejemplos de señales que interaccionan con
este tipo de receptores son prolactina y hormona del
crecimiento (hormonas), la mayoría de citoquinas e
interferones y ciertos factores de crecimiento
(eritropoyetina).

1.3 Tiempo de Respuesta de Receptores.
Una característica que conviene destacar en
este punto es la rapidez o lentitud de los distintos
receptores en generar una respuesta biológica
precisa. Los receptores ionotrópicos se activan por
ligando permitiendo el flujo de iones a favor de un Figura 1.2. Esquema de receptor ionotrópico.
gradiente de concentración. Esta respuesta que
provoca cambios en el potencial de membrana puede Además del sitio de unión con el ligando,
observarse en ms después de la activación del estos receptores, suelen presentar dominios de
receptor. Por otra parte, algunos segundos regulación de la actividad del canal. Dichos dominios
mensajeros, generados por receptores metabotró- pueden presentarse orientados al exterior celular o al
picos, pueden modular canales iónicos. Dado que se interior citosólico. Los primeros suelen ser regulados
requieren varios eventos (activación del receptor, por otras señales químicas que modifican la
interacción con proteínas G del receptor para su estructura del canal regulando el flujo iónico. Los
activación e interacción de la proteína G con el canal segundos, si bien presentan la misma función de
que va a modular) el cambio en potencial de regulación, normalmente, reflejan cambios en el
membrana tarda más tiempo en producirse, por lo estado de fosforilación del canal, lo cual depende del
general varios segundos. La mayoría de receptores estado de funcionamiento de otras rutas de
metabotrópicos y con actividad enzimática intrínseca señalización. Por lo tanto, podemos distinguir dos
a través de sus rutas de transducción modulan etapas de señalización: la primera donde la unión del
positiva o negativamente las actividades de enzimas neurotransmisor provoca la apertura del canal y la
citosólicas, pudiéndose observar dichas modula- segunda donde la acción de otras señales (otros
ciones tras varios minutos (entre 2 y 15) de la neurotransmisores o rutas de señalización disparadas
adición del factor. Finalmente, las rutas de por hormonas) modula el flujo iónico a través de
transducción de la mayoría de los receptores (sean dicho canal, siendo un control mucho más fino de
de membrana o intracelulares) modifican la actividad modulación.
transcripcional de proteínas nucleares implicadas en Es conveniente distinguir en este punto la
la síntesis de ARNm específicos, en el primer caso existencia de dos tipos generales de canales iónicos:
de una forma indirecta y en el segundo de una forma operados por ligando (el caso que nos ocupa) y
directa.. En estos casos la cadena de eventos es aún operados por voltaje. Estos últimos, a diferencia
mayor por lo que los efectos biológicos tardan en de los primeros, no necesitan de la unión de un
observarse varias horas. ligando para activarse sino que responden a cambios
del potencial de membrana de la célula. Ejemplos de
1.4. Receptores Ionotrópicos este tipo de canales lo constituyen los canales para
Como se han definido anteriormente, la Na+ y K+, presentes en los axones de las neuronas y
unión del ligando al receptor (canal) origina un que están implicados en la transmisión del impulso
cambio en la estructura de este que permite el flujo a nervioso, o canales de Ca2 + implicados fundamental-
favor de gradiente de iones específicos. La estructura mente en procesos de exocitosis. El hecho de que
prototipo de los receptores ionotrópicos queda estos canales no necesiten de ligando para su

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activación no implica que no puedan ser modulados proteína quinasa A (PKA) en su ruta de
por mecanismos similares a los descritos para los transducción.
receptores ionotrópicos. - Fosfolipasa C (PLC).- enzima generadora de
Inositol trifosfato (IP3) y Diacilglicerol (DAG), los
1.5. Receptores ligados a Proteínas G cuales son capaces de activar, respectivamente, a las
Muchos receptores en su ruta de transducción proteína quinasa Ca-calmodulina (PK Ca-CaM) y a
activan a proteínas transductoras denominadas la proteína quinasa C (PKC) en su ruta de
proteínas G, las cuales a su vez modulan positiva o transducción.
negativamente la actividad de enzimas capaces de - Fosfolipasa A2 (PLA2 ).- enzima generadora de
originar segundos mensajeros. Si bien estos Acido araquidónico (AA), el cual es capaz de activar
receptores unen diferentes hormonas y median a la proteína quinasa C (PKC) en su ruta de
diferentes respuestas celulares, tienen una serie de transducción.
características estructurales y funcionales comunes: Por otra parte, con respecto a la modulación
a- La secuencia aminoacídica del receptor contiene de canales iónicos se ha visto que median la apertura
siete segmentos en α-hélice formados por 22-24 de canales de K+ y de Ca2+ .
residuos hidrofóbicos que están integrados en la
membrana plasmática (figura 3). E. Extracelular
b- El lazo de residuos aminoacídicos entre las α- AC AMPc PKA
hélices 5 y 6 y el extremo C-terminal del receptor,
ambos en la parte citosólica del mismo, son Membrana PLC IP3 PKCaCaM
importantes para las interacciones con las proteínas G. DAG PKC
PLA2 AA PKC
Canal
G Iónico

E. Intracelular

Receptor Prot. G Efector

Figura 1.4 Activación de diversos efectores por proteínas G.

1.5.1. Proteínas G
Como hemos dicho anteriormente, las
proteínas G actúan como transductores de la
información generada en la unión del ligando al
Figura 1.3. Esquema de receptor acoplado a proteínas G. receptor y son capaces, dependiendo del tipo celular
y del receptor específico) de poder modular la
c- La proteína G transductora asociada con el actividad de proteínas efectoras o canales iónicos.
receptor funciona como un interruptor molecular, Las proteínas G reciben este nombre por su
presentando su estado inactivo cuando se encuentra capacidad de intercambiar los nucleótidos
unida a GDP. La unión del ligando al receptor causa GTP/GDP, modulándose así su actividad biológica.
la liberación del GDP de la proteína G y su Estas proteínas forman una superfamilia en la que se
intercambio por GTP, presentando ahora su estado pueden distinguir dos familias a su vez: la familia de
activo. las proteínas G heterotrímericas y la familia de
d- La proteína G activada (unida a GTP) interacciona proteínas G pequeñas, cuyo nombre hace
y modula (activa o inhibe) a una enzima efectora, alusión a su bajo peso molecular comparado con el
la cual cataliza la formación de un segundo de las anteriores. En este punto nos referiremos a las
mensajero, o bien modula la actividad de canales proteínas G heterotrímericas ya que son las que
iónicos. tienen capacidad de interaccionar con receptores
f- La hidrólisis del GTP unido a la proteína G activados. Las proteínas G pequeñas también pueden
revierte a la proteína G a su estado inactivo. estar implicadas en rutas de transducción de señales,
como es el caso de p21-RAS que estudiaremos más
Se han caracterizado distintos tipos de adelante. Otros ejemplos de proteínas G pequeñas lo
enzimas efectoras capaces de ser activadas por constituyen G-Tu (factor de elongación en la síntesis
proteínas G (figura 1.4): de proteínas, o rab-3, proteína implicada en los
- Adenilato Ciclasa (AC).- enzima generadora de procesos de exocitosis.
AMPciclico (AMPc), el cual es capaz de activar a la Las proteínas G heterotrímericas, están
formadas por las subunidades α, β y γ . Si bien en

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los últimos años se ha descrito la implicación de las como lo constituyen los casos de transmisión de
subunidades β y γ en la transducción de algunas impulsos visuales (αt), olfatorios (αollf) o del gusto
señales, la mayoría de la acciones descritas implican (αg ).
a la subunidad α. En el caso de las proteínas G En la actualidad, las distintas proteínas G se
heterotrímericas, la capacidad de interacción con los han agrupado en cuatro familias que se nombran con
nucleótidos GTP o GDP reside en la subunidad α, un subíndice que indica la primera función por la que
presentando para ello un dominio de interacción con se caracterizaron. Estudios posteriores han probado
nucleótidos, que presenta también una actividad que pueden realizar más de una función,
enzimática GTPasa; es decir, la subunidad α es capaz dependiendo del tipo celular donde se expresen.
de forma intrínseca de hidrolizar el GTP a GDP, Estas subfamilias son: Gs (estimula adenilato
función esencial en el control de las rutas de ciclasa), Gi (inhibe adenilato ciclasa), Gq (estimula
transducción donde está implicada. Aparte del PLC) y G 12, de función desconocida.
dominio de interacción con el GTP, pueden Por otra parte, muchas de las subunidades α
distinguirse otros tres dominios: el dominio de pueden ser modificadas covalentemente y de forma
interacción con las subunidades β y γ , situado en el irreversible por toxinas bacterianas, lo cual afecta a la
extremo N-terminal, el dominio de interacción con la actividad de dichas subunidades. Concretamente, la
enzima efectora o el canal, y el dominio de toxina colérica causa la ADP-ribosilación de un resto
interacción con el complejo receptor-ligando, en su de Arg del dominio de interacción con el GTP, lo
extremo C-terminal (Figura 1.5). que hace que la subunidad alterada pierda la
capacidad de hidrolizar el GTP y, por lo tanto, que la
subunidad αs se encuentre siempre en estado activo
(fig. 1.5). Una consecuencia de la activación
irreversible son las diarreas típicas en personas
infectadas de cólera. La toxina pertussis también
produce la ADP-ribosilación de subunidades α (αi y
αo), siendo en este caso la modificación en un
residuo de Cys, en el dominio C-terminal o de
interacción con el receptor. En este caso, la
modificación produce la falta de interacción entre el
receptor y la proteína efectora y la ausencia de
Figura 1.5. Esquema de los principales dominios de las
señalización por esta vía. Esto influye en la
subunidades α.
sensibilidad a la histamina y en la bajada de las
La clasificación de las proteínas G concentraciones de glucosa que se producen en la
heterotrímericas se hace en función del tipo de tosferina.
subunidad α que presenten, ya que se conocen
diversos tipos de subunidades α. Se considera que
proceden de un gen ancestral común y, si bien
presentan una elevada homología de secuencia,
existen pequeñas diferencias que son las que
originan su especificidad. Así, por ejemplo, las
subunidades α de tipo αi y αo presentan deleciones
en el extremo N-terminal, lo cual origina variaciones
en la interacción con las subunidades β y γ .
Las subunidades β y γ (tienen fundamentalmente la
función de anclaje a la membrana y son de menor
peso molecular, 36 y 10 kd, respectivamente.
Como se ha mencionado anteriormente, existen
muchas clases de proteínas G, pudiendo mediar Figura 1.6. Activación de proteínas G heterotriméricas.
efectos de señalización de algunos neurotransmisores
(acetilcolina, norepinefrina, etc.), hormonas La tabla 1.1 resume las principales familias de
(glucagón, adrenalina, TSH, etc.) y ciertas proteínas G, destacando sus efectos, su posibilidad
citoquinas; en concreto, las quimoquinas, que son de ADP-ribosilación, su distribución por tejidos y
citoquinas implicadas en la atracción de células del algunos ejemplos de señales implicadas.
sistema inmune al foco infeccioso, siendo un
ejemplo la Interleuquina 8. Además de la 1.5.2. Mecanismos de Activación de Proteínas G.
transducción estas señales, las proteínas G están Las proteínas G heterotrímericas, en su
implicadas en la transducción de señales sensitivas, estado inactivo, presentan GDP unido a la

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Familia/ Efecto ADP- Distribución Ejemplos de
Subfamilia ribosilación Receptores
Gs
αs +AC CTX todos los tejidos Adrenalina
+ Canal Ca2+ Noradrenalina
+ Canal Na+ Histamina
FSH, LH
α olf +AC CTX epitelio neuro- odorantes
olfatorio
Gi
α i, α o -AC PTX cerebro y otros Ach
tejidos
+ Canal K+ Noradrenalina
+PLC opiáceos
+PLA2 Angiotensina
+ Canal Ca2+ Muchos péptidos
αt +Fosfodiesterasas CTX,PTX retina fotoreceptores
específicas de GMPc (retinal)
αz +PLC cerebro, adrenes
-AC plaquetas
αg +AC PTX papilas gustativas quimoreceptores
Gq
α q , α 11 , α 14 +PLC varios ACh
α 15 , α 16 Noradrenalina
G 12
α 12 , α 13 ? ubicuas ?

Tabla 1.1. Principales características de las principales familias de proteínas G.

subunidad α. Cuando la hormona se une al receptor, capaces de catabolizar el AMPc, transformándolo en
el complejo interacciona con la proteína G, lo que 5’-AMP. Experimentos realizados midiendo las
permite el intercambio de GDP por GTP. Esta concentraciones de AMPc intracelulares tras la
activación provoca además la disociación de la exposición de las células a una hormona , como
subunidad α de las subunidades β y γ La subunidad glucagón o adrenalina, demuestran que se alcanza un
α-GTP esta preparada para actuar sobre el efector y pico de concentración a los 2 minutos, el cual
modular su actividad. Dado que la subunidad α desciende rápidamente de tal manera que a los 5-7
presenta una actividad GTPasa intrínseca, la minutos las concentraciones han vuelto a sus valores
hidrólisis posterior del GTP a GDP posibilita la basales. Este dato nos demuestra que para la
reasociación de las subunidades α, β y γ , con lo cual transmisión de la señal no se necesita mantener
obtenemos la configuración de partida (Fig. 1.6). elevadas las concentraciones por tiempos largos. La
ventaja de este mecanismo radica en que la célula
1.5.3. Ruta de transducción del AMPc. puede responder a un nuevo impulso hormonal en un
El objetivo de este apartado es resaltar algunas periodo relativamente corto de tiempo y, por otra
de las características más sobresalientes de las parte, puede integrar al mismo tiempo las señales
proteínas implicadas en esta ruta de transducción; así recibidas por otras rutas de transducción, las cuales
como poner de relieve la importancia del fenómeno de pueden ser de signo contrario.
amplificación de señal a través de sucesivas etapas. La AC presenta dos dominios hidrofóbicos
La adenilato ciclasa (AC) fue la primera por los cuales permanece anclada a la membrana
enzima caracterizada capaz de ser activada por citoplasmática, separados por un dominio citosólico
proteínas G. La AC cataliza el ciclamiento del ATP que es donde radica su actividad enzimática.
(substrato) para originar AMP cíclico (AMPc), que es Finalmente existe un cuarto dominio citosólico que es
la molécula con actividad de segundo mensajero. En donde reside la capacidad de interacción con las
la célula existen enzimas (fosfodiesterasas) proteínas G específicas.

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En la actualidad, se han caracterizado distintas Finalmente, las AC de tipo II comparten dos
proteínas con actividad adenilato ciclasa pero que características: la ya mencionada de no ser reguladas
difieren en sus propiedades, ya que pueden ser por calcio y la se ser positivamente moduladas por
reguladas por distintas proteínas G, presentar subunidades βγ . Hay que destacar en este punto que
localizaciones tisulares diferentes, y pueden ser si bien tradicionalmente (los últimos 15 años¡¡) se
reguladas positivamente por Ca2+ o por subunidades pensaba que las subunidades βγ presentaban un único
β−γ. Atendiendo a que puedan o no puedan ser papel en el anclaje a la membrana, en los últimos años
activadas por el ion Ca2+ se clasifican como de Tipo I se están caracterizando diversos subtipos para ambas
(ACI y ACIII) o de Tipo II (ACII y ACIV), subunidades, lo cual puede afectar a las AC de
respectivamente. A su vez, las AC de tipo I pueden diferentes maneras, todavía no identificadas.
ser reguladas o no de forma negativa por las El incremento en los niveles de AMPc, como
subunidades β−γ . Así , la AC1, que presenta este tipo consecuencia de la activación de AC, pone en marcha
de regulación negativa, se diferencia de la AC3, que el siguiente paso en la transducción de señal, que
no lo presenta. La potencia de inhibición de las consiste en la activación de la protein-quinasa A
subunidades β−γ es unas 20 veces menor que la (PKA). La PKA consta de cuatro subunidades: dos
potencia de activación de la subunidad αs. Si reguladoras y dos catalíticas. En el proceso de
imaginamos un sistema ideal celular con un único tipo activación se requiere la unión de dos moléculas de
de receptor acoplado a proteínas G y con una AMPc por molécula reguladora. Dicha unión desplaza
actividad ACI; en este sistema, dado que la relación el equilibrio de interacción entre ambos tipos de
αs/β−γ es de 1, la célula, tras la activación del subunidades de tal forma que las subunidades
receptor activaría la AC1 sin el menor problema. Sin catalíticas se liberan de las reguladoras y quedan
embargo, en los sistemas celulares reales, coexisten activadas pudiendo realizar la fosforilación de
distintos tipos de proteínas G, algunas de las cuales proteínas específicas en residuos Ser o Tre, utilizando
(Gq o G12) si bien no interaccionan de forma directa a como cosusbtrato el ATP (fig. 1.8). La identificación
través de su subunidades α con AC1 si pueden de proteínas substrato de la PKA ha permitido
incrementar las concentraciones de las subunidades conocer que dichos substratos son proteínas
β−γ intracelu-lares, pudiendo llegar a compensar por modulables por fosforilación y que éstas presentan un
este aumento de concentración su menor potencia amplio rango de actividades biológicas, ya que se han
para la inhibición. identificado proteínas del tipo de canales iónicos
(proteínas de membranas), como canales de K+ que
ven disminuida su actividad en la salida al exterior de
dicho ion, enzimas citosólicas relacionadas con el
metabolismo general (glucógeno fosforilasa, piruvato
quinasa, etc) o factores transcripcionales nucleares,
como es el caso de la proteína CREB (proteína de
unión al elemento de respuesta activado por AMPc;
ver tema 4), la cual puede modificar la expresión
génica de determinados genes.
Dado que existe una enzima específica
(fosfodiesterasa), capaz de inactivar al AMPc, a
medida que las concentraciones de AMPc vayan
disminuyendo, las subunidades reguladoras de la
PKA dejaran de interaccionar con el segundo
mensajero y empezaran a desplazar el equilibrio hacia
la forma inactiva. Si midiéramos las concentraciones
de PKA activa en sistemas ideales (cultivo de células)
Figura 1.7 . Modelo de disociación parcial. observaríamos que la PKA empezaría a activarse a los
2 minutos, alcanzaría un pico máximo hacía los 5
Enlazando con lo anterior, es conocido que minutos y prácticamente estaría en estado basal (no
los receptores que activan a proteínas Gi son capaces activo) a los 15 minutos.
de inhibir la actividad AC. Sin embargo, no se ha De igual forma existen enzimas fosfatasas
podido demostrar la asociación directa AC-subunidad específicas para las distintas proteínas substratos de la
αi, por lo cual se ha postulado que este tipo de PKA (Serin-treonin-fosfatasas). La medición de las
proteínas G actuaría inhibiendo a la AC mediante el formas activas de estas proteínas substratos en
aumento de las concentraciones de subunidades β−γ , nuestro sistema ideal nos daría curvas de activación
las cuales secuestrarían rápidamente a las similares pero retrasadas ligeramente en el tiempo.
subunidades αs (Fig. 1.7). Así, considerando el caso del factor de transcripción
CREB, veríamos una activación máxima a los 10-15

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minutos (CREB-P) y su vuelta al estado basal (no receptores/célula), y que en cada paso de la ruta cada
fosforilado, CREB, y por lo tanto inactivo) enzima es capaz de activar 10 moléculas del paso
aproximadamente a los 30 minutos. siguiente por minuto (número todavía más
conservador ya que la actividad enzimática para estas
enzimas está en el rango de nmoles-µmoles/min, el
4 AMPc resultado sería la liberación de 1millón de moléculas
R R R R de glucosa por célula y por minuto!!
Para contestar a la segunda pregunta, y
utilizando el ejemplo del ayuno, el glucagón también
C C induce, a través de CREB, la expresión del gen de la
4 AMPc fosfoenol-piruvato carboxiquinasa (PEPCK), enzima
C C de la ruta gluconeogénica implicada en la síntesis de
glucosa a partir de substratos no glucídicos. Mientras
el organismo siga en ayuno, el hígado podrá
Modulación por fosforilación de: responder a las nuevas moléculas de glucagón que,
por vía sanguínea, lleguen procedentes del páncreas.
-Canales iónicos Si en un momento dado el organismo ingiere alimento
rico en carbohidratos, el páncreas dejara de liberar
P glucagón y empezará a liberar insulina (hormona con
-Enzimas citosólicas efectos metabólicos opuestos que estudiaremos más
-P adelante en este tema). En este caso, cuando las
concentraciones crecientes de insulina lleguen al
-Factores transcripcionales CREB-P hígado, encontraremos una célula adaptada a un
metabolismo de ayuno (por las anteriores señales de
glucagón) que empieza a recibir señales contrarias.
En un tiempo de actuación similar al anterior la
Figura 1.8. Activación de Proteína quinasa A y de sus dianas insulina revierte el metabolismo del glucógeno
moleculares. (inactivando a la glucógeno fosforilasa b y activando
A la vista de los datos anteriores podrían al mismo tiempo a la glucógeno sintasa, para
plantearse algunas preguntas: ¿Cómo una ruta de completamente la transcripción del gen de la PEPCK
señalización con un tiempo de actuación tan (inhibe la funcionalidad de CREB), reduce la vida
relativamente corto puede generar cambios tan media de los RNAm de este gen y desestabiliza la
profundos en las células? ¿Qué ventaja evolutiva proteína ya formada para que sea degradada
supone tener vías de señalización de corta duración? rápidamente. Así, el organismo, en tiempos inferiores
La respuesta a la primera pregunta se centra en el a 1 hora a cambiado su comportamiento metabólico
fenómeno de amplificación en cascada, el cual lo con respecto a la glucosa. Otro ejemplo de adaptación
explicaremos con el ejemplo de una ruta activada por todavía más corto en el tiempo lo constituye la
AMPc, la hidrólisis del glucógeno hepático para preparación a una situación de peligro para el
producir glucosa plasmática. El organismo responde organismo (descarga de adrenalina, que actúa de
a la bajada de concentración de glucosa en plasma forma muy similar al glucagón con respecto al
(tras un periodo de ayuno, por ejemplo) sistema AC). Por tanto, la existencia de múltiples
incrementando las concentraciones de glucagón, pasos en las rutas de señali-zación supone una mejor
hormona del páncreas endocrino, sintetizada por las amplificación de respuesta, la posibilidad de que una
células α, que al interaccionar con su receptor en la misma ruta module muchos procesos moleculares
célula hepática, pondrá en marcha la ruta de distintos y también disponer de más puntos de
activación de la PKA. Esta enzima es capaz de regulación o control, lo cual proporciona un ajuste
fosforilar, y en consecuencia activar, a la enzima mucho mas fino o preciso.
citosólica Fosforilasa b quinasa, la cual a su vez
fosforila y activa a la Glucógeno fosforilasa b, 1.5..4.- Ruta de transducción del Fosfatidil Inositol.
enzima que actúa sobre el glucógeno realizando la De forma análoga a como las subunidades αs
hidrólisis de enlaces α 1-4 y rindiendo restos de activan la AC, otras subunidades α (αi, αo o αq ) son
glucosa 1-fosfato, la cual tras sucesivos pasos, se capaces de activar a la enzima efectora Fosfolipasa C
transforma en glucosa que podrá abandonar la célula (PLC). En este caso el substrato de la enzima que al
hepática con el fin de mantener la homeostasis de transformarse origina los segundos mensajeros son
glucosa en plasma. Si suponemos que la célula las moléculas de Fosfatidil Inositoles. Estas
hepática presenta 10 receptores de glucagón en su moléculas, además de ser precursoras de
superficie, lo cual es un número muy conservador (se segundos mensajeros tienen importancia en el anclaje
conocen ejemplos de tipos celulares con 20.000 de proteínas extracelulares a la membrana plasmática.

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Figura 1.9. Generación de segundos mensajeros (IP3 e 1,2-diacilglicerol) por Fosfolipasas C (ver texto).

Los fosfatidil inositoles (PI) son fosfolípidos que se Se conocen varios subtipos de PLC que, al
caracterizan por poder presentar varios grados de igual que vimos para la AC, se clasifican en función
fosforilación a través de las funciones alcohol de la de las moléculas implicadas en su activación. De los
molécula de inositol (ver figura 1.9), siendo el diversos tipos los más importantes son:
substrato de la PLC la molécula de Fosfatidil Inositol
4,5 bifosfato (PIP 2). La PLC causa la hidrólisis del -PLC β .- Son las activadas por proteínas G.
enlace éster entre el grupo alcohol primario de la Dependiendo de la subunidad a implicada en su
molécula de glicerol y el ácido fosfórico, originando activación, los receptores responsables de su
las moléculas de diacilglicerol (DAG) y de Inositol activación se clasifican en Familia Gq y Familia Gi.
1,4,5-trifosfato (IP3). Son bastantes las moléculas de señalización capaces
Los productos de la reacción tienen la de activar este tipo de efector: neurotransmisores
característica de actuar como segundos mensajeros en (Noradrenalina, Acetilcolina o 5-hidróxi-triptamina),
sendas rutas de transducción. Así, el DAG, que neuropéptidos (vasopresina, angiotensina, Péptido
queda unido a la membrana, es capaz de activar a la Intestinal Vasoactivo -VIP-, o colecistoquimina) u
protein-quinasa C (PKC), la cual, de forma análoga a hormonas (glucagón, GnRH, TRH).
la descrita para PKA es capaz de modular por -PLC γ .- Son activadas por receptores con actividad
procesos de fosforilación la actividad de muchas tirosin-quinasa intrínseca, tales como receptores de
proteínas, ya sean de membrana, citosólicas o EGF, FGF o PDGF (factores de crecimiento
factores de transcripción. Por su parte, el IP3, que es epidérmico, fibroblástico y derivado de plaquetas,
soluble en el citoplasma, mediante su interacción con respectivamente). Este tipo de activación consiste en
canales de Ca2+ tetraméricos, situados fundamental- la interacción de la PLC γ con estos receptores a
mente en el retículo endoplásmico, puede incrementar través de dominios SH2 (ver más adelante en el
las concentraciones de Ca2+ citosólico de 10 a 1000 tema). Dentro de este tipo de PLC también se han
veces. El aumento en las concentraciones de este ion descrito algunas que pueden ser activadas por Ca2+ .
activa la función de varias proteínas que son Al igual que vimos para la ruta activada por
dependientes de él. Entre estas proteínas dependientes AC, la ruta de la PLC es inactivada de forma
de Ca2+ destaca la Calmodulina una proteína parecida. El catabolismo (inactivación) de los
reguladora de ciertas proteína quinasas (PK Ca- segundos mensajeros implica varios pasos
CaM), las cuales, una vez activadas, tienen efectos enzimáticos (figura 1.10) que finalizan en la
análogos a los descritos para otras proteína quinasas. formación de Fosfatidil Inositol 4,5 bifosfato; es
decir, el PIP 2, que era el substrato de la PLC, se

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recupera a partir de los productos del metabolismo de maniacodepresivos. En concreto se ha podido
IP3 y DAG. Por tanto, para la síntesis de ambos demostrar que el Li+ inhibe a las fosfatasas implicadas
compuestos es necesario el correcto funcionamiento en la generación de inositol.
de la ruta de degradación. El IP3 se defosforila, por Para terminar la transmisión de esta vía deben
acción de fosfatasas, en reacciones sucesivas para dar además de retirarse las elevadas concentraciones de
lugar a Inositol. Por su parte, el DAG se fosforila por Ca2+ . Existen en la célula varios sistemas capaces de
acción de una quinasa para dar lugar a ácido realizar esta función (figura 11):
fosfatídico, el cual mediante una citidil transferasa - ATPasa Ca2+ dependiente.- expulsa Ca2+ al exterior
forma fosfatidil-CMP. El inositol y el fosfatidil-CMP de la célula en contra de gradiente y, por lo tanto con
son substratos de una sintasa que origina fosfatidil- gasto energético. Presentan Km muy bajas (100-200
Inositol (PI), que por sucesivas fosforilaciones nM).
origina Fosfatidil Inositol 4,5 bifosfato. - ATPasa del retículo endoplásmico. Similares a las
anteriores con la excepción de que no son
dependientes de Ca2+ .
- Intercambiador Na+- Ca2+ .- Intercambia 3 Na+- por 1
Ca2+ .Sólo interviene si las concentraciones de Ca2+
son muy altas.
- Mecanismo mitocondrial.- El funcionamiento de la
cadena de transporte electrónico conlleva la salida de
H+ al exterior de la mitocondria, creando un potencial
de membrana que es aprovechado por la F1-ATPasa
para la síntesis de ATP. Cuando las concentraciones
de Ca2+ son elevadas este potencial de membrana
puede ser aprovechado para la entrada de este ion al
interior mitocondrial por los transportadores
específicos.

Figura 1.11 Homeostasis de Ca2+ intracelular.

PKC y PK Ca-CaM
Como se ha mencionado anteriormente son las
principales enzimas en la transducción de la señal por
la ruta de la PLC. Ambas presentan actividad ser-tre
Figura 1.10. Metabolismo de IP3 y Diacilgliceroles. quinasa. La PKC en realidad es una familia de
proteínas (α, β, γ, δ, ε, µ, ζ) que si bien median la
Esta molécula puede servir de substrato para misma acción catalítica, difieren en sus características.
la generación de nuevos segundos mensajeros tras la Las conocidas como típicas (α, β, γ) se caracterizan
correspondiente activación de la ruta. La inhibición por ser activadas, además de por DAG que es el
farmacológica de esta ruta de resíntesis por Li+ se verdadero desencadenante de su activación, por Ca2+
utiliza en el tratamiento de enfermos y fosfolípidos. La PKC se encuentra en forma

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inactiva en el citosol. La aparición de DAG en la dos tipos generales de regulación: regulación positiva,
membrana promueve su asociación con esta y, en donde la activación de una vía coopera en la
presencia de Ca2+ sufre un cambio conformacional en activación de otra, y regulación negativa, donde la
su dominio regulador que activa a la enzima (dominio activación de una vía conduce a la inhibición de otra.
catalítico). Considerando las dos rutas hasta ahora explicadas
Con respecto a la PK Ca-CaM, la (AC y PLC) tenemos un ejemplo de regulación
calmodulina, el mediador proteíco de muchas positiva si consideramos que la activación de PLC,
reacciones enzimáticas reguladas por Ca2+ , contiene vía IP3, aumenta las concen-traciones de Ca2+ , el cual
cuatro centros de unión a Ca2+ de alta afinidad. La es capaz de estimular algunos tipos de AC. En sentido
unión del Ca2+ induce un cambio conformacional en contrario, la activación de PKA, vía AMPc, reduce
la calmodulina que le permite interaccionar los niveles de IP3. De igual forma, la fosfodiesterasa
activamente con la PK que regula (figura 1.12). capaz de hidrolizar la estructura cíclica de AMPc es
activada por el complejo Ca-CaM. Estos tipos de
regulación que afectan a dos o más vías entre sí, a
veces pueden encontrarse en una misma vía. Así, por
calmodulina ejemplo, la PKC es capaz de modular por
fosforilación bombas de Ca2+ o el antiportador
Ca2+ Na+/Ca2+ , contribuyendo por estos efectos a bajar las
concentraciones de Ca2+ citosólico elevadas, lo cual
necesita para ser activa. En este caso podemos hablar
de efectos sinérgicos. En el lado opuesto estarían los
efectos de retroalimentación, mediante los cuales una
PK inactiva
enzima o metabolitos situado en pasos posteriores de
la vía de transducción puede modular negativamente
pasos previos de la vía. Así, por ejemplo, la PKC
activada tiende a disminuir las concentraciones de
IP3. Todos los sistemas propuestos confluyen en la
PK Ca-CaM activa
idea de que las rutas de señalización están altamente
reguladas.

1.5.6. Ruta del Acido Araquidónico (AA).
El ácido araquidónico es un segundo
mensajero implicado en varias rutas de señalización.
Figura 1.12. Activación de PK Ca-CaM. Su generación como segundo mensajero puede
provenir de la activación de dos rutas distintas: la
Al igual que vimos para la proteína PKA, activación de fosfolipasa A2 (PLA2), enzima que
tanto la PKC como la PK Ca-CaM son capaces de cataliza la hidrólisis del enlace éster entre el alcohol
inducir, mediante procesos de fosforilación, la secundario del glicerol y el ácido graso de varios
modulación de múltiples proteínas que manifiestan fosfolípidos, o por la activación de la DAG lipasa
diversas activi-dades biológicas (transportadores que, catalizando la misma reacción, se distingue de la
iónicos, enzimas de rutas metabólicas, factores anterior por utilizar como substrato el DAG. Por
transcripcionales, etc). tanto, el DAG no sólo funciona como segundo
mensajero en la ruta de los fosfatidil inositoles sino
1.5.5. Integración de rutas de transducción. que además funciona como precursor de otros
En un momento dado de su desarrollo una mensajeros (Figura 1.13).
célula puede recibir distintas señales, que pueden Se conocen dos subtipos de PLA2 que se
modular procesos biológicos comunes. Por lo tanto la diferencian por su localización celular (membrana
célula debe de disponer de los mecanismos citoplasmática o citosol) y por el tipo de proteínas
moleculares precisos mediante los cuales dirigir los implicadas en su activación, ya que las asociadas a
efectos metabólicos de estas distintas rutas. Cabe membranas son activadas por proteínas G mientras
distinguir en este punto dos posibles niveles de que las citosólicas resultan activadas por otras rutas
regulación: de señalización (ver más adelante).
- en las propias rutas de transducción. Dentro de las funciones desempeñadas por el
- en las rutas diana modulables (glucogenolisis, con- ácido araquidónico pueden distinguirse aquellas
tracción muscular, secreción endocrina, etc). ejercidas en el interior de la célula donde se ha
Con respecto a la regulación de vías de generado (movilización de depósitos de Ca2+ internos,
transducción por otras vías de transducción hay activación de PKC de forma análoga al DAG) y las
numerosos ejemplos que demuestran la existencia de

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ejercidas al salir de la célula y poder funcionar como la PLA2 (AA). La PLD, a diferencia de otras fosfo-
una molécula se señalización en células vecinas. lipasas, se activa por ciertas proteínas G pequeñas
(ARF, Rho; ver más adelante) en combinación con
PIP 2.

1.6. Receptores con actividad enzimática intrínseca.
Este grupo de receptores, a diferencia de los
anteriores, no requiere de moléculas intermedias para
la activación de enzimas efectoras sino que la unión
del ligando al receptor es capaz de activar la catálisis
del propio receptor. Los receptores de este tipo se
clasifican dependiendo de la actividad enzimática que
presenten.

1.6.1. Receptores con actividad Guanilato ciclasa.
La unión del factor natriurético atrial a su
receptor, en células colectoras renales, provoca la
activación de la actividad guanilato ciclasa, presente
en el dominio citosólico que cicla la molécula de GTP
para dar GMP cíclico (GMPc). Esta molécula actua
como segundo mensajero en la activación de la
proteína quinasa G (PKG), que cataliza
fosforilaciones de proteínas similares a las descritas
para PKA o PKC (Figura 1. 14).

Figura 1.13. Metabolismo del ácido araquidónico.

El metabolismo del AA implica procesos de
regulación por retroalimentación, ya que es capaz de
inhibir a la PLA2, y procesos de transformación en
metabolitos, ya que es substrato de diversas enzimas
que lo transforman en otras moléculas también
implicadas en señalización (leucotrienos, prostaglan-
dinas, tromboxanos, epóxidos). Estos compuestos
junto con el AA son conocidos como mensajeros
Figura 1.14. Activación de receptores con actividad Guanilato ciclasa.
retrógrados; es decir, tienen la capacidad para salir de
la célula y unirse a receptores de membrana Existe un segundo grupo de proteínas con
plasmática de la propia célula (S. autocrina) o de actividad guanilato ciclasa que se diferencian de las
células vecinas (S. paracrina). anteriores por presentarse en el citosol. Las guanilato
ciclasas solubles son activadas por el óxido nítrico
1.5.7. Ruta del Acido Fosfatídico (PA). (NO), un gas sintetizado a partir de arginina en una
Presente en diversos tipos celulares reacción catalizada por oxidasas de función mixta,
(neuronas, miocitos, hepatocitos, células endoteliales denominadas óxido nítrico sintasas (NOS) y de las
y del sistema hematopoyético) e implicada en la que se conocen varios subtipos. Las guanilato
regulación de múltiples procesos fisiológicos (regula- ciclasas presentan en su centro activo un grupo hemo
ción metabólica, secreción, inflamación, prolifera- necesario para su actividad y que es donde reside el
ción) se encuentra la generación de ácido fosfatídico dominio de interacción con el NO. Esta molécula esta
como segundo mensajero. En esta ruta el substrato implicada en la generación de procesos inflamatorios
fisiológico es la fosfatidil colina que sufre la hidrólisis y se considera un neurotransmisor.
del enlace éster entre el resto de fosfato y la colina,
reacción calatizada por la Fosfolipasa D (PLD) para 1.6.2 Receptores con actividad Tirosina Quinasa.
originar PA y colina. El PA además de actuar como Los receptores con actividad tirosina quinasa
segundo mensajero para la activación de varias pueden agruparse, dependiendo de su composición,
proteína quinasas, puede servir como precursor de en receptores monoméricos, que incluye receptores
otros mensajeros como el DAG o el ácido para varios factores de crecimiento (EGF, NGF,
araquidónico, mediante sendas reacciones enzimáticas PDGF, etc) o receptores multiméricos, cuyo
catalizadas por la fosfatidato fosfohidrolasa (DAG) y

12


paradigma es el receptor de insulina. Independiente- específicos de las proteínas denominados dominios
mente de la composición del receptor, estas proteínas SH2 (dominio de homología con Src 2). Pequeñas
presentan los dominios típicos de receptores de variaciones en los dominios SH2 de las proteínas
membrana: extracelular, por donde se une el ligando, facilitan su unión a algunos restos fosfo-tirosina del
transmembrana, por donde permanece anclado a la receptor con mayor afinidad que a otros restos fosfo-
membrana, y citosólico, donde reside la actividad tirosina, de tal manera que no todas las proteínas con
tirosina quinasa. En este tipo de receptores, la unión dominios SH2 se unen con idéntica afinidad a un
del ligando al receptor provoca la dimerización de determinado resto fosfo-tirosina (figura 1.16).
estos. La proximidad física de ambas moléculas
permite la activación de la actividad catalítica
produciéndose la fosforilación cruzada de ambas en
restos de tirosina; es decir, cada monómero del
receptor activado es capaz de producir la fosforilación
de algunos restos en la otra molécula, proceso que se
conoce como autofosforilación. La fosforilación de
determinados restos de tirosina produce la aparición
de dominios de reconocimiento para otras proteínas lo
cual es esencial en la ruta de transducción (figura
1.15).

Figura 1.16. Ciclo de activación-inactivación de Ras

Una proteína que juega un papel importante en
la transducción de señal por este tipo de receptores es
Ras, la cual pertenece a la familia de proteínas G
pequeñas y está implicada en la regulación de
procesos tales como la proliferación y la diferen-
ciación celular. Como se mencionó anteriormente
estas proteínas son interruptores moleculares que
necesitan del intercambio de moléculas GDP-GTP
para variar su actividad biológica. A diferencia de las
proteínas G heterotriméricas, donde el intercambio de
GTP por GDP era inducido por la interacción con los
receptores activados, las proteínas G pequeñas
Figura 1.15. Activación de receptores con actividad Tirosina necesitan de la presencia de otras proteínas, denomi-
quinasa. Los dominios SH2 aparecen coloreados en azul. nadas factores intercambiadores de nucleótidos de
Guanina (GEF) que facilitan la disociación del GDP,
Se han identificado dos tipos de proteínas que con lo cual el GTP puede unirse de forma espontánea
pueden interaccionar con los receptores activados: (figura 1.16). La unión de GTP provoca la
- Proteínas adaptadoras que realizan el acoplamiento disociación del intercambiador produciendo la forma
entre el receptor activado y otras moléculas de activa de Ras. El paso de la forma activa de Ras a la
señalización pero que carecen de actividad intrínseca forma inactiva es acelerado enzimáticamente por
en la señalización, como es el caso de GRB2. ciertas proteínas que reciben el nombre de GAP
- Proteínas con actividad enzimática implicadas en las (proteína activadora de GTPasa). La existencia de
rutas de señalización, como es el caso de GAP GAP hace que en sistemas celulares la vida media de
(proteína activadora de la función GTPasa de Ras; ver Ras-GTP no supere el minuto.
mas adelante), Syp, una proteína con actividad Dado que Ras carece de dominios SH2
fosfatasa, y enzimas implicadas en la síntesis de necesita para su activación por receptores con
derivados del fosfatidil inositol como la fosfatidil actividad tirosina quinasa de proteínas adaptadoras.
inositol-3 quinasa (PI3K) o la PLCγ (figura 1.9). Además de dominios SH2, existen otros tipos de
La interacción entre estas proteínas y los dominios implicados en el reconocimiento de
receptores activados se lleva a cabo por dominios proteínas, tales como dominios SH3 (reconocen

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secuencias ricas en prolina) o PTB. La proteína Estudios recientes han confirmado la existencia de
GRB2 es una proteína adaptadora que presenta otros miembros de la familia de MAPKs. En la
dominios SH2, mediante los cuales puede actualidad se distinguen tres subfamilias de MAPKs:
interaccionar con los receptores activados, y dominios A) -ERK (Extracellular Regulated Kinases) se
SH3, mediante los cuales puede interaccionar con corresponden con las mencionadas anteriormente
otras proteínas capaces de reconocerlos. Sos que es como MAPKs, estando por tanto implicadas en los
una proteína intercambiadora de nucleótidos de procesos de proliferación y diferenciación.
guanina (GEF) tiene la característica de poder
reconocer dominios SH3, de tal manera que puede
interaccionar con el adaptador GRB2 (unido al
receptor activado) a través de los dominios SH3. El
complejo Receptor-GRB2-Sos está en condiciones de
activar a Ras que pone en marcha una cascada de
fosforilación de proteínas que, eventualmente, finaliza
en el núcleo modificando la expresión génica. La
figura 1.17 esquematiza la activación de Ras en la
transducción de señal generada por EGF.

Figura 1.18 Activación de quinasas reguladas extracelularmente (ERK).
Figura 1.17. Papel de proteínas adaptadoras en la activación de B) -JNK (Jun N-terminal Kinasas) se denominan así
rutas de transducción por RAS. por identificarse por primera vez su implicación en la
fosforilación de la proteína JUN (que junto con FOS
La serie de eventos que siguen a la activación forman el factor transcripcional AP-1). Estas quinasas
de Ras presenta una gran convergencia en todas las son activadas en respuesta a múltiples señales
especies estudiadas. Los pasos más relevantes son (citoquinas, hormonas) y están relacionadas con los
(figura 1.18): procesos infeccioso-inflamatorios, de estrés celular y
- Ras activado se une al extremo N-terminal de Raf, de supervivencia celular).
una serina-treonina quinasa.
- El complejo Ras-Raf interacciona y fosforila, a C) -p38-MAPKs constituyen el tercer tipo de
través de Raf, a MEK, una quinasa dual, ya que puede MAPKs. También pueden ser activadas por múltiples
fosforilar a otras proteínas en restos serina y tirosina. señales y se han relacionado con los procesos de
- MEK fosforila y activa a las MAP quinasas estrés celular y de supervivencia/muerte celular.
(MAPK- Mitogen Activated Protein Kinase), otra
serina-treonina quinasa. La finalización de señalización en rutas
acopladas a la fosforilación de proteínas es realizada
MAPK fosforila a muy diferentes proteínas que por proteín-fosfatasas (fosfo-tirosina o fosfo-
están implicadas en la regulación del ciclo celular y la serina/treonina fosfatasas). Se conocen varias familias
diferenciación. Entre dichas proteínas cabe destacar de fosfatasas que difieren en sus especificidades de
otras proteína quinasas (pp90rsk) y ciertos factores acción y en su localización celular (citosol, núcleo,
transcripcionales. etc). Las proteína fosfatasas serán consideradas de
nuevo en el tema 2.

14


teniendo especial importancia durante el desarrollo
embrionario y la formación de tejidos. En el adulto
están implicados en procesos tales como la
reparación de tejidos, la modulación del sistema
inmune y la regulación del ciclo ovárico.
Estas moléculas de señalización inician sus
acciones celulares mediante su unión a receptores con
actividad intrínseca serina/treonina-quinasa. La
familia de receptores consta a su vez de dos tipos:
tipo I y tipo II, que son estructuralmente muy
similares, con regiones extracelulares ricas en
cisteina y regiones intracelulares que consisten
principalmente de los dominios quinasa. Los
receptores de tipo I, pero no los de tipo II, presentan
una región rica en residuos de glicina y serina
(dominio GS) en el dominio yuxtamembranal. Cada
miembro perteneciente a esta familia se une a una
combinación característica de receptores tipo I y tipo
II siendo necesaria esta interacción para desencadenar
los procesos de señalización intracelulares (Tabla
1.2).
El TGF-β1, como ejemplo, se une en primer
Figura 1.19. Activación de IRS-1 por el receptor de insulina. lugar al receptor de tipo II, lo cual ocurre en la
membrana celular formando oligómeros que
Activación del receptor de Insulina presentan actividad quinasa. A continuación el
A diferencia de los otros receptores de esta receptor de tipo I (que carece de actividad quinasa
familia (por ejemplo EGF), el receptor de insulina una intrínseca y no puede unirse al TGF-β en ausencia de
vez activado, no interacciona con proteínas a través de receptor tipo II) es reclutado al complejo; El receptor
dominios SH2 (con la excepción de Shc), sino que tipo II fosforila al receptor tipo I en el dominio GS y
fosforila a ciertas proteínas citosólicas de elevado lo activa presentando entonces actividad quinasa.
peso molecular (aprox. 130 kDa) denominadas IRS
(Insulin Receptor Substrates). En la actualidad se han
descrito tres proteínas con esta característica (IRS 1,
IRS 2 e IRS 3). La fosforilación de IRS por la
actividad quinasa del receptor de insulina crea los
sitios de reconocimiento para la interacción con otras
proteínas (GRB2, PI3K, Syp) y su consiguiente
activación, a través de dominios SH2 (figura 1.19).
Así la actividad PI3K se incrementa 10 veces cuando
esta proteína interacciona con IRS 1, incrementándose
el tráfico de membranas. De forma análoga, Syp, con
actividad fosfatasa, se activa al interaccionar con IRS
1 de modo que puede desfosforilar a esta proteína
terminando así su señalización. IRS-1 se caracteriza
por la presencia de dominios PH, que permiten la
estabilización de la interacción con el receptor a través
de su afinidad por fosfolípidos de la membrana.

1.6.3. Receptores con actividad Serina-Treonina
Quinasa.
Son también conocidos como receptores de la
familia del TGFβ. El TGF-β1 es el prototipo de una
familia de moléculas de señalización que incluye a los
factores de crecimiento transformantes tipo beta, las
activinas, las inhibinas, las proteínas morfoge-néticas
óseas (BMP) y la hormona Antimülleriana. Los
miembros de esta familia ejercen una gran variedad
de efectos biológicos en diversos tipos celulares, Figura 1.20. Activación del complejo de receptor para TGF-β.

15


Como consecuencia de la activación del siendo la formación del complejo ligando-receptor-
receptor de tipo I, este es capaz de fosforilar a transductor el desencadenante de las rutas de
ciertas proteínas citosólicas, denominadas SMAD, transducción asociadas. Atendiendo a la homología
las cuales una vez activadas tienen la capacidad de entre los distintos receptores que componen esta
translocarse al núcleo y ejercer sus efectos reguladores superfamilia, estos se han clasificado en dos tipos
(figura 1.20) sobre la expresión génica. Estas generales:
proteínas SMAD, de las cuales se han descrito en la
actualidad varios tipos, serán tratadas con más detalle a) Receptores de Tipo I
en el tema 2. Los receptores de tipo I comparten una serie
_________________________________________________ de motivos conservados en sus dominios
Subfamilia TGF- β Activina BMP extracelulares que consisten en 4 residuos de cisteina
_________________________________________________ y el motivo WSXWS (Trp-Ser-X-Trp-Ser).
Ejemplo de TGF- β 1 Activina A BMP-2 Dentro de esta familia de receptores, las
Ligando TGF- β2 BMP-4 citoquinas pueden a su vez clasificarse dependiendo
__________________________________________________ del tipo de proteína transductora que presenten. Así,
Rec. tipo II T β R-II ActR-II BMPR-II la familia gp130 se caracteriza por la interacción de
ActR-IIB ActR-II esta proteína (gp130) con los receptores específicos
ActRIIB para IL-6, IL-11, IL-12, LIF (factor inhibidor de la
__________________________________________________ leucemia), OnM (oncostatina M), CNTF (factor
Rec. tipo I T β R-I ActR-IB BMPR-IB neurotrófico ciliar) y G-CSF (factor estimulante de
ActR-I colonias de granulocitos). La familia gp140
__________________________________________________ engloba a IL-3, IL-5 y GM-CSF (factor estimulante
SMAD Smad2 Smad2 Smad1 de colonias de granulocitos y macrófagos). Por
específicas Smad3 Smad3 Smad5 último, la familia γ-C engloba a las interleuquinas
de vía Smad9? 2, 4, 7, 9, 13 y 15. Si bien algunas de estas
__________________________________________________ citoquinas pueden inducir la fosforilación de
SMAD Smad4 Smad4 Smad4 determinadas proteína- quinasas, como Lyn, Lck o
comunes___________________________________________ Fyn (por IL-2) o Lyn, Hck o Fps (por IL-3), la
SMAD Smad6 Smad6 Smad6 característica común de todas estas citoquinas es su
inhibidora Smad7 Smad7 Smad7 capacidad de activar a uno o mas miembros de la
__________________________________________________ familia de las JAK (Janus Kinase). Se conocen
Respuestas Mitogénesis ↓ liber. FSH ↑ Cartílago ↑ cuatro quinasas en esta familia: JAK1, JAK2, JAK3
matriz extra- Mesodermo Mesodermo y tyk2 y todas tienen actividad tirosina quinasa.
celular ↑ dorsal ↑ ventral ↑
Apoptosis↑ b) Receptores de Tipo II
Integrada por los receptores de interferones.
Tabla 1.2. Miembros de la Familia del TGF-β, sus receptores, Los interferones se clasificaron inicialmente por el
moléculas de señalización y principales respuestas biológicas. tipo de célula productora como interferones de
leucocitos, de fibroblastos o inmunes. La
1.7. Receptores asociados a Proteína nomenclatura actual se basa principalmente en su
quinasas citosólicas. secuencia; y así designa a los interferones de
Un gran número de citoquinas, algunas leucocitos como IFN- α e IFN- ω, a los de
hormonas (prolactina, hormona del crecimiento, fibroblastos como IFN- β y a los de tipo inmunes
leptinas) y ciertos factores de crecimiento como IFN- γ . Los IFNs α y β comparten el mismo
(eritropoyetina, G-CSF) se caracterizan por presentar tipo de receptor mientras que los IFN γ presentan un
receptores sin actividad catalítica pero desencadenar receptor específico. El último componente de esta
procesos de fosforilación de proteínas en tiempos familia lo constituye la IL-10.
similares a los conseguidos por los receptores Independientemente del tipo de receptor (I o
considerados en el apartado 1.6. II) y del tipo de ligando, la unión del ligando al
Una característica que comparten muchas receptor desencadena la siguiente cadena de eventos
citoquinas y algunos factores de crecimiento es la moleculares (figura 1.21):
implicación de una proteína transductora de 1- Dimerización de receptores o de receptores-
membrana necesaria para la activación de rutas de transductores.
señalización. Estas proteínas transductoras si bien 2- Activación de JAKs, las cuales producen la
por sí solas no son capaces de interaccionar con el fosforilación cruzada de las mismas.
receptor en ausencia de ligando (al igual que lo 3- Las JAK fosforiladas son capaces de fosforilar a
descrito para los receptores tipo I del TGF-β), los receptores en residuos de tirosina creando sitios
interaccionan con el receptor activado por ligando, de reconocimiento para dominios SH2.

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4- Estas secuencias fosforiladas son reconocidas por
diversas proteínas con dominios SH2, de entre las
cuales destacan las proteínas STAT (signal
transducer and activators of transcription).
5- La interacción de proteínas STAT con los
receptores permite la fosforilación de las STAT por
las JAK.
6- Dichas fosforilaciones crean a su vez en las
proteínas STAT sitios de reconocimiento para
dominios SH2. Dado que cada proteína STAT
presenta un sitio de reconocimiento y un dominio
SH2, estas proteínas pueden dimerizarse y
translocarse al núcleo para regular la expresión de
juegos específicos de genes.

Figura 1.22. Activación de las rutas asociadas a Ras y JAK por IL-2

lo mas variadas (activación de múltiples respuestas
del sistema inmune, diferenciación del epitelio
mamario, de linfocitos T, de eritrocitos, etc). La
pregunta que surge es ¿Como un juego tan pequeño
de proteínas puede generar tanta diversidad de
efectos biológicos? La respuesta puede estar en parte
Figura 1.21. Cascada de fosforilaciones en la activación de STAT. explicada considerando la especificidad de las
proteínas STAT en el reconocimiento de los
La fosforilación del receptor permite además receptores de esta familia, ya que sólo algunas STAT
la interacción de éste con otras proteínas que reconocen determinado receptor, por ejemplo, la
contienen dominios SH2 como Shc, proteína proteína STAT 2 sólo se ha demostrado su
adaptadora implicada en la activación de Ras, que interacción con el receptor para IFN α/β. La figura
puede activar la ruta de las MAPK (ERK). Un 1.23 esquematiza algunas de las posibles
ejemplo de este tipo de activación múltiple lo supone interacciones. Parte de la respuesta se explicará en el
la fosforilación de STAT3 en células T, donde la próximo tema cuando se aborde el estudio de la
interacción de IL-2 con su receptor controla la existencia de programas genéticos específicos para
progresión de la fase G1 a S, la expansión clonal y la los distintos tipos celulares.
diferenciación funcional. La interacción de IL-2 con
sus receptores supone la activación de JAK1 y
JAK3 y la consecuente fosforilación de STAT3 en su
residuo Tyr-705 (Figura 1.22). Por otra parte, la
fosforilación del receptor de IL-2 (cadena β) favorece
su interacción con Shc y la consecuente activación de
Ras, que conduce a la fosforilación de STAT3 en su
residuo Ser-727. Esta segunda ruta que lleva a la
fosforilación del residuo de serina también puede
desencadenarse por el receptor de la célula T (TCR).

Especificidad de Respuesta Biológica por STATs
En la actualidad se han clonado 4 proteínas de
la familia JAK y siete proteínas de la familia STAT.
Por otra parte se conocen más de 35 señales
extracelulares, capaces de activar dicha ruta de trans-
ducción, que desencadenan respuestas biológicas de
Figura 1.23. Especificidad de respuesta biológica (ver texto).

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1.8. Receptores de la familia TNF/NGF - asociación de TRAF2 a TRADD. La activación de
Los receptores de esta familia están TRAF2 permite que esta proteína interaccione con
implicados, con algunas excepciones en la otras como NIK (proteína quinasa que al activarse
señalización yuxtacrina; es decir, tanto el ligando puede generar una ruta de fosforilaciones; ver tema
como el receptor son proteínas de membrana con 4) o RIP que puede asociarse con RAID y ésta
dominios extracelulares a través de los cuales se activar algunas caspasas que están implicadas en la
establece la señalización. señalización de muerte celular.
El TNF-α (Factor de Necrosis Tumoral), que - asociación de MORT1/FAD (mediante dominios
tiene la característica de ser un ligando de DD) con la consiguiente activación de algunas
señalización paracrina, es una citoquina pleiotrópica caspasas.
que funciona como un mediador de la regulación
inmune, la respuesta inflamatoria y la apoptosis en
algunos tipos celulares. Un exceso en la producción
de TNF se ha ligado al desarrollo de ciertas
enfermedades tales como el shock séptico y ciertos
desordenes autoinmunes. Las respuestas celulares
promovidas por el TNF se inician mediante su
interacción con dos tipos distintos de receptores
celulares, el receptor de tipo I (55 kDa) y el de tipo II
(75 kDa). Ambos tipos de receptores forman parte de
la familia de receptores del TNF entre cuyos
miembros se incluyen el antígeno Fas (inductor de
apoptosis, también llamado Apo-1 o CD95), CD27
(antígeno de activación de células T), CD30
(marcador del linfoma de Hodgkin) y CD40
(antígeno de células B), los cuales comparten la
característica de secuencias ricas en cisteina en sus
dominios extracelulares. Esta familia de citoquinas
generan respuestas celulares que incluyen la Figura 1.24 Rutas de transducción asociadas a TNF.
diferenciación, la proliferación, la activación de NF-
κ B y la muerte celular, promoviendo la agregación de La activación de este tipo de receptores,
monómeros de receptores. En general los dominios además de las vías de quinasas consideradas de
citoplasmáticos de esta familia de receptores carecen estrés (Jun quinasa, p38), conlleva la activación de
de dominios comunes, lo cual sugiere que pueden dos procesos contrapuestos en la célula: la activación
utilizar mecanismos distintos. La excepción ocurre de caspasas, proteasas intracelulares que dirigen el
con el receptor tipo I del TNF y el antígeno Fas, ya proceso apoptótico, y la activación de los miembros
que ambos presentan en su extremo carboxilo de la familia del factor nuclear NF- κ B que, mediante
terminal un dominio de aproximadamente 80 la activación génica, actua como un factor de
aminoácidos que se ha denominado "dominio de supervivencia (ver tema 2). Dependiendo del tipo
muerte" (DD= death domain). A los dominios celular y de la predominancia de unas rutas sobre
citoplasmáticos de los receptores pueden asociarse otras (muerte/supervivencia) el efecto final una vez
dos familias de proteínas denominadas TRAF integradas las distintas vías de señalización puede ser
(Factores Asociados al Receptor de TNF) y TRADD de muerte (apoptosis) o proliferación celular.
y que están implicadas en la transducción de la señal
al núcleo (figura 1.24). 1.9. Regulación de Receptores de Membrana
En este caso de señalización podemos hablar del El número y la actividad de receptores
reclutamiento de proteínas al complejo receptor(es)- funcionales implicados en señalización sobre la
ligando(s) del tal manera que una proteína transmite superficie de la célula no es constante. El nivel de
la señal a la siguiente proteína en la cascada a través receptores para una determinada hormona puede
de interacciones proteina-proteina, sin mediar incrementarse (up-regulation) o disminuir (down-
procesos de modificación covalente (fosforilaciones) regulation), permi-tiendo de esta forma a la célula
como hemos visto para otros tipos de receptores, responder óptimamente a ligeras variaciones en los
mediante interacciones por dominios homólogos. niveles hormonales. La exposición prolongada de
Para el caso del receptor I del TNF las posibles una célula a elevadas concentraciones de un ligando
secuencias de eventos moleculares, tras la formación normal-mente resulta en una reducción en el número
del complejo receptor (trímero)-ligando, serían: de sus receptores funcionales, causando por
- asociación de TRADD (mediante los dominios DD) consiguiente la desensibilización de la célula para ese
al complejo. ligando.

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El fenómeno de la down-regulation de célula ajustar la sensibilidad del receptor a la
receptores de superficie celular puede ocurrir de concentración de ligando a la cual es estimulada, de
varias formas. Los receptores pueden ser modo que puede mantener una respuesta fisiológica
internalizados por endocitosis, disminuyendo así su normal. dado que los receptores fosforilados son
número en la superficie y entonces ser destruidos o continuamente desfosforilados por fosfatasas
almacenados (secuestrados) en vesículas constitutivas, el número de grupos fosfato por
intracelulares. En cualquier caso se finaliza la acción moléculas de receptor refleja la cantidad de ligando
del ligando. El que la célula elija uno u otro unido en los últimos 1-10 minutos. Si ocurre un
mecanismo depende del tiempo de duración del incremento en la cantidad de ligando, el
estímulo. Tras tiempos cortos de exposición a la correspondiente incremento en AMPc conduce a la
señal (minutos) la célula secuestra en vesículas a los fosforilación y desensibilización de más receptores,
receptores: si el estímulo perdura en el tiempo (horas) de modo que la producción de AMPc y las
entonces se activa la vía de degradación de receptores consiguientes respuestas activadas por éste
tras la fusión de vesículas lisosomales (figura 1.25). permanecen más o menos constantes. Si el ligando
Es conocido que la activación de PI3K juega un desaparece, el receptor pasará a estar completamente
importante papel en el tráfico de vesículas. desfosforilado y a un estado de alta sensibilidad, en
cuyo caso podrá responder a concentraciones muy
bajas de ligando. La figura 1.26 esquematiza el bucle
de retroalimentación que controla la actividad de
receptores acoplados a proteínas G.

Figura 1.25. Regulación de receptores de membrana.
Figura 1.26. Control de la actividad de receptores acoplados a
Alternativamente, puede que el número de proteínas G.
receptores no se modifique pero si su actividad, de
modo que el receptor sea incapaz de unirse con el
ligando o si bien puede unirse, el complejo receptor-
ligando no induzca la respuesta celular normal. Los
ejemplos mejor conocidos implican cambios en el
estado de fosforilación de los receptores que causan
la inactivación de estos (inactivación por fosforila-
ción). Esta inactivación del receptor puede ser
generada por mecanismos de retroalimentación
(desensibilización homóloga); es decir, por
moléculas diana de la propia vía activada por el
complejo receptor-ligando (por ejemplo, las
desensibilizaciones del receptor de EGF por PKC o
del receptor ß-adrenérgico por PKA y ßARK, enzima
activada por subunidades βγ y que solo fosforila a
receptores que están acomplejados a ligando) o por
otras vías de señalización. En este caso son bien
conocidos los efectos de PKA en la inactivación de
receptores, acoplados a proteínas G, activados por
distintos ligandos (desensibilización heteróloga).
La desensibilización de receptores tiene un
papel importante en la regulación de la respuesta
celular causada por el ligando, ya que permite a la

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