Comunicación Celular:

Receptores asociados a Proteínas

G triméricas (GPCRs)

Receptores tirosina quinasa (RTK)

MECANISMOS DE ACCION EN LAS

PROTEINAS DE SEÑAL

• muchas proteínas de señal actúan como Interruptores (Switches)

Moleculares

• pasan de un estado inactivo a uno activo (o viceversa), hasta que

otra señal los regresa al estado original

• existen 2 grandes tipos de Interruptores Moleculares:

• proteínas que unen GTP

• proteínas activadas o inactivadas por fosforilación

SEÑALES CELULARES

señal

extracelular

señal(es) intracelular(es)

blanco(s)

receptor

GPCRs RTKs

12

3

4 5

6

GPCRs =

G Protein Coupled

Receptors

12

3

4 5

6

GPCRs: Características principales

• Los receptores acoplados a proteínas G son proteínas con 7

segmentos transmembrana

– Se conocen también como “receptores serpentina”

• Las proteína G heterotriméricas transmiten las señales y se desactivan

a sí mismas

• La unión de ligando a los receptores 7TM conduce a la activación de

las proteínas G

– Las proteínas G activadas trasmiten las señales mediante su unión (activación)

de otras proteínas

• La adenitato ciclasa produce AMP cíclico, que estimula la fosforilación de muchas

moléculas diana mediante la activación de la proteína quinasa A

• La fosfolipasa C (PLC) activa la cascada de los fosfoinotsítidos

• El ion calcio es un segundo mensajero universal

– Las proteínas G se desactivan de forma espontánea mediante la hidrólisis de

GTP

PROTEINAS QUE UNEN GTP

• tienen actividad intrínseca de GTPasa

• existen 2 tipos:

• triméricas (proteínas G)

• son las que se acoplan a

receptores

• asociadas a respuestas rápidas

• pequeñas o monoméricas

• participan en la regulación del

tráfico vesicular y en una serie de

otros procesos celulares

• asociadas a respuestas que

modulan la actividad de genes

© 2002 by Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, and Peter Walter.

Señalización en proteínas regulatorias que unen GTP

Proteínas G triméricas:Componentes Conservados en las vías

de Señalización Intracelular

• Participan en respuestas celulares a señales externas:

– Cambios en actividad o función de enzimas

específicas y otras proteínas que preexisten en las

células

– Cambios en la cantidad de proteínas específicas

producidas por una célula

• Modificación de factores de transcripción

– Estimulan o reprimen expresión de genes

ráp

ido

lento

Proteínas G – mecanismo de encendido y apagado

GTPase activating proteins

regulators of G protein signalling

guanine nucleotide

dissociation inhibitors

guanine nucleotide

exchange factors moduladores moduladoresmoduladores

Intercambio de GTP por GDP ocurre en la subunidad alfa

Proteínas G – mecanismo de encendido y apagado

GTPase activating proteins

regulators of G protein signalling

guanine nucleotide

dissociation inhibitors

guanine nucleotide

exchange factors

Moduladores: GEFs, GAPs, RGSs, GDIs

Intercambio de GTP por GDP ocurre en la subunidad alfa

regulators of G

protein

signalling

http://courses.washington.edu/conj/gprotein/trimericgp.htm

Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 7e edited by Thomas M. Devlin © 2011 John Wiley & Sons, Inc.

Figure 13.20 Major elements of signal transduction initiated by the seven-transmembrane-domain G-protein-couple-receptors.Redrawn based on figure from Bockaert, J., and Pin, J-P. Molecular tinkering of G protein-coupled receptors: an evolutionary success. EMBO J. 18:1723, 1999.

Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 7e edited by Thomas M. Devlin © 2011 John Wiley & Sons, Inc.

Figure 13.21 Major subclasses of heterotrimeric G proteins that are activated by G by the seven-transmembrane domain G-protein-couple receptors.

Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 7e edited by Thomas M. Devlin © 2011 John Wiley & Sons, Inc.

Figure 13.23 Receptor phosphorylation as a major mechanism for the desensitization/inactivation of G-protein-coupled receptors.

Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 7e edited by Thomas M. Devlin © 2011 John Wiley & Sons, Inc.

Figure 13.34 Cross-talk integration among the major intracellular signaling cascades regulated by different cell surface receptors.Redrawn based on figure from Alberts, B., et al. Molecular Biology of the Cell, 4th ed. New York: Garland Science, 2002.

Sistemas de Receptores

Acoplados a Proteínas G

Receptores acoplados a Proteína G

– 7 segmentos transmembrana

• topología similar en todos los receptores

– acoplados a proteínas G triméricas

– la proteína efectora es una proteína de membrana

– regulación por retroalimentación y desensibilización de la vía

– todos los receptores acoplados a proteínas G triméricas

tienen 7 segmentos transmembrana

• No todos los receptores de 7 segmentos transmembrana están

acoplados a proteínas G

Receptores acoplados a Proteína G

– Tienen un papel muy importante en la señalización

nerviosa, endocrina y paracrina

– La mayoría de los sentidos (visión, olfato, gusto) están

regulados por señalización mediada por receptores

acoplados a proteínas G

– Mediadores intracelulares:

• Proteínas G triméricas

• Proteínas modificadoras de la actividad del receptor (Receptor

Activity-Modifying Proteins, RAMPs)

• Arrestinas

• rho-GTPasas

Receptores acoplados a Proteína G

Estructura general conservada a través de la evolución,

muy grande y diversa en:

• tipo de ligando

• unión del ligando al receptor

• acoplamiento a sistemas efectores

• generación de segundo mensajeros

Familias:

•Clase A tipo rodopsina (19)

•Clase B tipo secretina (34)

•Clase C metabotrópico glutamato/feromona (8)

•Receptores vomeronasales (V1R and V3R) (12)

•Receptores de gusto T2R

http://www.gpcr.org/7tm/proteinfamily/;jsessionid=6f29255a8b41c21070cdee26c580

http://pdsp.med.unc.edu/ShaunCell/home.php

Familias de Receptores

Proteínas G diferentes son activadas por diferentes

receptores y regulan diferentes efectores

Sistemas de Receptores

Acoplados a Proteínas G:

EJEMPLOS DE

FUNCIONAMIENTO

Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 7e edited by Thomas M. Devlin © 2011 John Wiley & Sons, Inc.

Figure 13.22 Activation and inactivation cycle of a heterotrimeric G protein.Redrawn based on figure from Lodish, H., et al. Molecular Cell Biology, 4th ed. New York: Freeman, 2000.

Acción de la toxina del cólera

Cuadro clínico:

La infección con la bactaria Vibrio cholerae causa diarrea

líquida y muchsa por hasta 14 días, con pérdidas de agua

equivalentes al volumen de sangre circulante. Esto causa

deshidratación severa y desbalance de electrolitos.

[1] The B subunits, serving as “landing pad”, bind to

carbohydrates on GM1 ganglioside on the surface of the

eopithelial cells of the small intestine, enabline caveolar-

mediaed endosomal entry of toxin subunit A into the cell.

The reverse transport of subunit A from endosome into the

cell cytoplasm is followed by cleavage of the disulfide

bond linking the 2 fragments of peptide A (A1 and A2).

[2] The generated catalytic peptide A1 forms complex with

ADP ribosylation factors (ARF) which catalyzes the ADP

ribosylation of a G protein.

[3] Binding of NAD and GTP generates an activated G

protein which in turns bind to and stimulates adenylate

cyclase.

[4,5] The activated adenylate cyclase generates high

levels of intracellular cAMP from ATP.

[6-8] cAMP (Cyclic AMP) stimulates secretion of chloride

and bicarbonate, with associated sodium and water

secretion. Chloride and sodium resorption are also

inhibited.

Microbiology of Vibrio Cholera | Medchrome

Acción de la Toxina del Cólera

Receptores acoplados a proteínas G

que regulan canales iónicos

Receptores acoplados a proteínas G

que activan o inhiben la adenilil ciclasa

Receptores acoplados a proteínas G

que activan fosfolipasa C

VISION

GUSTO

OLFATO

Receptores con actividad

de Tirosin Kinasa

12

3

4 5

6

PROTEINAS ACTIVADAS O INACTIVADAS

POR FOSFORILACION

• quinasas: introducen 1 o más

grupos fosfato

• fosfatasas: hidrolizan los grupos

fosfato

• se estima que aproximadamente 1/3

del total de proteínas en una célula

eucariote se encuentran fosforiladas

en un instante determinado

© 2002 by Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, and Peter Walter.

ATP

ADP

PROTEINAS ACTIVADAS O INACTIVADAS

POR FOSFORILACION

• muchas proteínas de señal que se regulan por fosforilación son ellas

mismas proteína quinasas

• la mayoría de las proteínas de señal que se regulan por fosforilación se

encuentran organizadas en cascadas de fosforilación

• existen 2 tipos de quinasas:

• serina/treonina quinasas

• tirosina quinasas

• algunas quinasas pueden tener ambas actividades (ej: LIM quinasa)

• alrededor del 2% de los genes humanos codifican proteina quinasas

(varios cientos de proteínas distintas)

Señalización por receptores que son

tirosina-kinasas

• Cambios rápidos (corto plazo):

– Generalmente reversibles

– Cambios en actividad o función de enzimas

específicas y otras proteínas que preexisten en las

células

• Cambios lentos (largo plazo):

– Resultado de cambios en la transcripción de genes

– Cambios en la cantidad de proteínas específicas

producidas por una célula

RTKs: Principales características

• RTKs generan cascadas de fosforilación

– Estas cascadas son primordiales en muchos procesos de transducción de señales

– Algunos RTKs son dímeros que se cierra en torno al ligando: Ej. Receptor de

insulina

• La unión de insulina provoca la fosforilación cruzada y la activación del receptor de insulina

• La señalización por insulina finaliza mediante la acción de las fosfatasas

– En algunos RTKs la unión del ligando induce la dimerización del receptor: Ej.

receptor de EGF

• El extremo carboxilo terminal del receptor de EGF se fosforila

• La señalización mediante EGF conduce a la activación de Ras, una proteína G pequeña

• La proteína Ras activada inicia una cascada de proteínas quinasas

• La señalización por EGF se termina mediante fosfatasas proteicas y la actividad GTPasa

intrínseca de Ras

Vías de Señalización que Controlan

la Actividad de los Genes

• Receptores de TGF-ß (a)

• Receptores de citoquinas (b)

– Activación de la vía JAK/STAT

• Receptores tirosina quinasa (c)

– Vía de Ras/MAP quinasa

– Fosfoinosítidos

• Receptores de 7 segmentos transmembrana (d)

– AMPc / PKA / CREB

– Arrestina / quinasas

• Wnt (e)

• Hedgehog (f)

• Vías que involucran la degradación de proteínas

– Activación de NF-кB (g)

– Notch (h)

Receptores Tirosina Kinasa (RTKs)

• Modulan diversos aspectos de la función

celular:

– División / proliferación

– Diferenciación

– Sobrevivencia

– Metabolismo

Ligandos de RTKs

– Hormonas de naturaleza peptídica o protéica

• Solubles o anfipáticas (unidas a las membranas)

– Factor de crecimiento nervioso (NGF)

– Factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF)

– Factor de crecimiento de fibroblastos (FGF)

– Factor de crecimiento epidermal (EGF)

– Insulina

Receptores Tirosina Kinasa (RTKs)

Activación de la función kinasa

– En el estado basal, no estimulado, la actividad

intrínseca de kinasa es muy baja

– Cuando el receptor dimeriza o se une el ligando, se

produce una fosforilación cruzada entre subunidades,

por la activación de la función kinasa

• Se genera un cambio conformacional que facilita la unión de:

– ATP en algunos receptores (p.ej. receptor de insulina)

– Otras proteínas (p.ej. receptor de FGF)

• Se facilita la fosforilación adicional de residuos tirosina

– Las tirosinas fosforiladas actúan como dominios de unión para otras

proteínas

Dominios modulares de unión en

la transmisión de señales

• La transmisión de señales ocurre medianteinteracciones proteína-proteína y proteína-lípido– A través de dominios modulares de unión

• Muchas proteínas señalizadoras tienen más de un dominio modular

• Esto permite ensamblaje de complejos funcionales de señalización

• Algunos dominios importantes: SH2, SH3, PTB

A hypothetical signaling pathway using modular binding domains. Signaling protein 1 contains three different binding domains, plus a catalytic

protein kinase domain. It moves to the plasma membrane when extracellular signals lead to the creation of various phosphorylated docking sites

on the cytosolic face of the membrane. Its SH2 domain binds to phosphorylated tyrosines on the receptor protein, and its PH domain binds to

phosphorylated inositol phospholipids in the inner leaflet of the lipid bilayer. Protein 1 then phosphorylates signaling protein 2 on tyrosines, which

allows protein 2 to bind to the PTB domain on protein 1 and to the SH2 domain on an adaptor protein. The adaptor protein then links protein 2 to

protein 3, causing the phosphorylation of protein 3 by protein 2. The adaptor protein shown consists of two binding domainsan SH2 domain, which

binds to a phosphotyrosine on protein 2, and an SH3 domain, which binds to a proline-rich motif on protein 3.

INTERACCION ENTRE PROTEINAS DE

SEÑAL: DOMINIOS MODULARES DE UNION

• secuencias altamente conservadas presentes en las proteínas de señal

• unen motivos específicos de proteínas o de lípidos

• tipos de dominio en proteínas:

• SH2 (homologia a Src 2)

• dominios de unión a fosfotirosina (PTB)

• SH3 (homologia a Src 3)

• PH (homología a pleckstrina)

• PDZ:

presente en proteínas de armazón, permite la unión de varias proteínas a la vez

unen tirosinas fosforiladas

unen secuencias ricas en prolina

unen la cabeza polar de los fosfoinosítidos

residuos hidrofóbicos C terminal

Generación de Sitios de Unión

• Fosforilación de tirosinas de RTKs

– genera sitios para unión de dominios PTB y SH2

– sitios de unión reconocen secuencias de aminoácidos específicas

» SH2: secuencia C-terminal a la fosfotirosina

» PTB: secuencia N-terminal a la fosfotirosina

• Las proteínas ancladas son a su vez fosforiladas

Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 7e edited by Thomas M. Devlin © 2011 John Wiley & Sons, Inc.

Figure 13.34 Cross-talk integration among the major intracellular signaling cascades regulated by different cell surface receptors.Redrawn based on figure from Alberts, B., et al. Molecular Biology of the Cell, 4th ed. New York: Garland Science, 2002.

Regulación de la actividad

de los RTKs

Control del número de RTKs

en la superficie celular

Mecanismos

– Endocitosis inducida por el ligando del complejo

ligando-receptor:

• La tasa de endocitosis aumenta en presencia del ligando

– Segregación del receptor o ligando internalizado

hacia el lisosoma para degradación

• Aproximadamente el 50% de los receptores endocitados

son degradados

• Probablemente por ubiquitinación

– La respuesta de la célula al ligando disminuye

• Desensibilización

Proteína-Tirosina Fosfatasas

• defosforilan Tyr

• Algunas PTPasas son proteínas integrales de membrana

• Existen también muchas PTPasas solubles

Aspectos generales de las vías de

transducción de señales

• Muchos elementos de las diferentes vías de transducción

de señales son comunes aunque con variaciones

• Los defectos en las vías de transducción de señales

pueden causar cáncer y otras enfermedades

– Los anticuerpos monoclonales se pueden utilizar para inhibir

las vías de transducción de señales activadas en los tumores

– Los inhibidores de proteínas quinasas pueden ser fármacos

anticancerosos eficaces

– El cólera y la tosferina o tos convulsiva se deben a una

actividad alterada de las proteínas G