TIPOS DE RECEPTORES DE MEMBRANA

TRANSDUCCIÓN DE SEÑALES EN EUCARIOTAS
TIPOS DE RECEPTORES DE MEMBRANA
(RECEPTORES CON ACTIVIDAD ENZIMÁTICA Y DE SIETE HÉLICES
TRANSMEMBRANA)
TIPOS DE RECEPTORES DE MEMBRANA
I. Forman canales iónicos.
II. Interaccionan con proteínas quinasas solubles.
III. Con actividad enzimática intrínseca.
IV. Con siete hélices α transmembranales.
V. Otros receptores.
Habíamos visto esta lista de los distintos grupos de receptores dependiendo de la
estructura de la molécula proteica y también de cómo actuaban en la superficie de la
célula.
Ya vimos cómo funcionaban los receptores que formaban canales iónicos, y hoy
vamos a seguir viendo los demás.
Existen unos receptores que interaccionan con proteínas quinasas solubles y otros
receptores con actividad enzimática intrínseca de tipo quinasa la mayoría de las veces,
y esto de alguna forma nos hace ver que tienen una estructura y un funcionamiento
bastante parecido.
Los receptores que tienen siete hélices α transmembrana sí tienen una estructura
distinta a los anteriores. Por último tenemos el grupo de otros receptores.
Esta diapositiva es un esquema en el que están representados algunos de estos
receptores de membrana.
1. Receptores de tipo citoquina:
2. Receptores con actividad tirosin-quinasa.
3. Receptores del factor de crecimiento transformante β, que tiene un funcionamiento
parecido.
4. Receptores acoplados a proteína G.
En los casos 1, 2 y 3, tienen en común estos receptores que se tienen que dimerizar y
que tienen una sola cadena polipeptídica que atraviesa una vez la membrana
plasmática.
En contraste, tenemos el receptor de siete hélices transmembrana que tiene una
cadena polipeptídica que atraviesa siete veces la membrana plasmática. Además, va a
tener que actuar con proteínas que vemos en la imagen, que veremos con más detalle
que son las proteínas G. La transducción de las señales en este caso es bastante
diferente que la que podemos encontrar con los otros tres receptores.
Receptores que interaccionan con proteínas
quinasa solubles
Los receptores que interaccionan con proteínas
quinasas solubles son unos receptores que
tienen dos subunidades, que no tienen que ser
exactamente iguales, y cuando aparece el
ligando, generalmente en forma de monómero,
se va a unir a una de las subunidades primero y
luego a la otra, y va a hacer que se produzca el
dímero de ese receptor. No encontramos ninguna
actividad encimática en estos receptores.
Sin embargo, sí que se van a asociar a otras moléculas que sean de tipo quinasa
generalmente, que se encuentran situadas debajo de la membrana plasmática y que
están en contacto con estos receptores a los cuales van a activar y a partir de ellos
van a transducir la señal.
En este esquema más detallado
vemos los receptores que
interaccionan con proteínas
quinasas solubles que están en
la membrana plasmática.
Estructura:
- Cada monómero que forma el receptor tiene una sola cadena polipeptídica.
- Tiene tres partes:
- Dominio extracelular. Puede tener diferente estructura, tiene dominios del tipo
inmunoglobulinas, pero siempre va a ser el que tenga el punto de unión al
ligando en cada una de las subunidades.
- Dominio transmembrana. Es una hélice alfa.
- Dominio intracelular. Aquí se sitúan las zonas a las cuales se van a unir las
proteínas que van a transducir la señal.
- NO son parte de la molécula del receptor las proteínas (marrones) que se ven debajo
de la membrana, sino que son unas proteínas quinasas, denominadas JAK en este
caso, que están alrededor de esa parte del receptor y cuando se une el ligando, esta
proteína JAK es la responsable de unir las dos subunidades del receptor.
A continuación, queda formado
el dímero y las proteínas
quinasas se fosforilan y quedan
de forma activa. Aquí, una vez
que se ha fosforilado la proteína
JAK, por medio de gasto de
ATP, esta proteína ya está
activa y puede transducir la
señal. En la proteína JAK se
habla de una zona que se llama
“labio” (lip) de activación de la
tirosina, y aparecen esas zonas
donde se puede fosforilar.
Después, estas proteínas
quinasas son capaces de
fosforilar, aparte de tirosina,
algunas tirosinas que se
encuentran en los segmentos
intracelulares del receptor. Va a
haber una transfosforilación, es
decir, que esa subunidad o bien
la proteína unida a esa misma
subunidad, va a ser capaz de
fosforilar tirosinas de la
subunidad contigua, y viceversa.
Se fosforila una a la otra. En
conjunto quedan las proteínas
JAK fosforiladas y el receptor
fosforilado en determinados
residuos de tirosina.
De esta forma el receptor estaría dimerizado y activado y podría transducir la señal
que le ha llegado en forma del ligando correspondiente.
En este esquema vemos el mismo proceso que antes. Aquí habla de un ligando que
es una citoquina y los receptores están relacionados con ligandos de tipo citoquina.
Las citoquinas son una familia de moléculas (son moléculas variadas) en las cuales
tienen en general la función de activar la proliferación celular, la diferenciación celular,
la generación de células hematopoyéticas y también están relacionadas con el sistema
inmunitario. También los interferones, que es un grupo de estas moléculas de
citoquina, están relacionados con la defensa contra los virus.
En este ejemplo vemos una citoquina que se une y dimeriza al receptor, el cual tiene
una quinasa asociada que se fosforila y transfosforila al receptor.
RECEPTORES PARA CITOQUINAS
La hormona del crecimiento es
una de estas moléculas del tipo
citoquina. Es producida por la
adenohipófisis y su tamaño es
grande con cadenas en forma de
hélice. Se asocia de esta manera
(imagen 2) al receptor. El receptor
de la hormona del crecimiento
tiene dos subunidades (roja y
marrón). La hormona del
crecimiento uniría ambas
subunidades provocando la
dimerización del receptor. En la
imagen de abajo vemos como la
hormona del crecimiento une a los
receptores y los activa
interiormente (su dominio
intracelular). Siempre pasa con la hormona del crecimiento y otras citoquinas, que si
en algún momento van en forma de dímeros, se van a unir a cuatro subunidades de
receptor. Es decir, siempre va una molécula de ligando por cada dos moléculas de
receptor.
Otro caso de citoquinas es la
interleucina-6 o IL-6. Aquí vemos
que hay unas moléculas de
receptor que tienen una zona
concreta donde se va a unir la
interleucina-6, y tienen asociadas
una proteína JAK. Esa proteína
JAK se va a fosforilar y una vez
fosforilada va a atraer a las
proteínas STAT que están en el
citoplasma y estas proteínas
STAT son atraídas esencialmente
a puntos de tirosina fosforilados
del receptor. Entonces, las
proteínas JAK fosforilan al
receptor y el receptor tiene un
resto de fosfotirosina que va a ser
reconocido por proteínas de tipo STAT que se van a unir y a activar. La proteína STAT
tiene un dominio llamado SH2 y por eso puede reconocer el resto de fosfotirosina. La
forma de trasducir la señal la interleucina-6 va a ser a través de las proteínas JAK y
STAT que se activan una a continuación de otra.
Después, las proteínas STAT se
unen por sus restos de
fosfotirosina, porque resulta
fosforilada, y entran en el núcleo
de la célula donde se unen a
determinadas zonas del DNA
donde van a promover la
transcripción de determinados
genes. Estos genes pueden estar
relacionados con proteínas que
tienen que ver con la
diferenciación celular, etc.
Entonces, las proteínas STAT
actúan como factores de
transcripción, pues realmente son
como activadores
transcripcionales.
Receptores con actividad enzimática intrínseca
En este caso, lo mismo que vamos a ver con los receptores con actividad enzimática
intrínseca, se va a producir la biosíntesis de otras proteínas y se va a actuar a nivel del
núcleo.
Los receptores que tienen actividad enzimática intrínseca, igualmente tienen:
- Una sola cadena polipeptídica.
- Una sola hélice transmembrana que los ancla a
la membrana. Tenemos que tener claro que no
van a estar en un punto fijo, sino que se pueden
mover por la membrana.
- Un dominio intracelular que puede ser activada.
La diferencia con los receptores anteriores es
que esta zona intracelular incluye un dominio con
actividad tirosina quinasa. En la imagen pone
que ese dominio está poco activo, y
efectivamente, cuando no tiene ligando unido, no
suele transmitir ninguna señal y por tanto no está
activado.
En este caso, el ligando son dos moléculas, no
como antes, se unen a los puntos de unión de la
región extracelular del receptor provocando la
dimerización del receptor y en la zona intracelular
se activa la actividad quinasa. Al activarse la
actividad quinasa, se produce una fosforilación
de la zona quinasa (ver imagen) a partir de ATP
que se va como ADP y deja un grupo fosfato. Así
ya tenemos una proteína tirosinquinasa activa.
A continuación, como pasaba en los anteriores
casos, estas moléculas juntas van a ser capaces
de transfosforilarse. Entonces, los restos de
tirosina del dominio intracelular del receptor
quedan fosforilados, pero una subunidad del
receptor va a fosforilar a las tirosinas de la otra
subunidad y viceversa.
Comparación: receptores para citoquinas vs receptores con actividad intrínseca
Entonces, ambos casos se pueden comparar:
- En los dos casos (se parecen) empezamos con receptores inactivos y separados,
con la diferencia de que el ligando sea un monómero o un dímero y de que los
receptores sean idénticos o no.
- En los dos casos se activa de alguna forma el receptor uniéndose el ligando en el
dominio extracelular.
- En los dos casos resultan fosforilados los dominios intracelulares de ambos
receptores, pudiendo transducir la señal.
Lo que hemos visto, es lo que pasaría en estos receptores de membrana cuando se le
une el ligando. Lo que pasa a continuación lo veremos más adelante.
Receptores con siete hélices α transmembranales
Este tipo de receptores tienen una estructura y un funcionamiento muy distintos.
Estructura:
- Una sola cadena polipeptídica que atraviesa siete veces la membrana plasmática y
por tanto podemos hablar de:
- Un dominio extracelular, que no es único, porque está formado por el
segmento N-terminal (inicio de la proteína) y por una serie de bucles que
aparecen entre medias de estas siete hélices transmembrana, que se
denominan bucle 1, bucle 2 y bucle 3. También están en el exterior los puntos
de glicosilación y restos de residuos glicosilados (esto sucede siempre en las
proteínas transmembrana).
- Un dominio transmembrana, formado por las siete hélices que se numeran de
1 a 7 empezando por la que es más N-terminal y acabando por la que es más
C-terminal.
- Un dominio intracelular, donde hay tres bucles intracelulares y el segmento Cterminal. El segmento C-terminal tiene una cisteína concreta que puede ser
palmitoilada (que es lo que está representado como una línea en zig-zag en la
membrana) y entonces, cuando está palmitoilada, ese resto de ácido palmítico
se inserta en la membrana y forma un cuarto bucle que no siempre existe
porque la palmitoilación no está continuamente activa.
Esto sería el esquema visto en dos dimensiones. En la realidad, estas hélices no están
colocadas de forma paralela, sino que están formando como un bloque entre ellas.
La zona de unión del ligando estaría en la zona superior (extracelular) y dependiendo
de los aminoácidos que haya en los bucles extracelulares, se va a producir la
especificidad de unión con el ligando correspondiente. En la parte inferior, va a hacer
contacto con las proteínas G que van a transducir la señal.
Este es el mismo esquema que antes, pero visto desde arriba. En esta visión vemos
cómo se numeran las hélices. Los bucles extracelulares estarían:
- Bucle 1: entre las hélices II y III.
- Bucle 2: entre las hélices IV y V que tiene un puente disulfuro con la hélice III (hay
dos cisteínas, y se forma el puente disulfuro).
- Bucle 3: entre las hélices VI y VII.
En el dibujo inferior vemos:
- La molécula con los restos glicosilados.
- El ácido palmítico que estaría cerca del extremo C-terminal.
- También vemos cómo se dispondría la proteína G uniéndose a esta molécula, de
manera que la proteína G se va a unir a determinados bucles, no a todos. Vemos que
el bucle intracelular 1 no tiene tanta función en la unión a la proteína G como los
bucles intracelulares 2 y 3. Cada parte de la molécula tiene su función concreta y por
lo tanto una estructura determinada.
En este esquema vemos lo mismo,
vemos los hidratos de carbono, el
puente disulfuro, el anclaje a la
membrana por medio del ácido
palmítico y además hay tres lugares
que están muy cerca del extremo Cterminal de la molécula y que se
pueden fosforilar. Tanto el resto de
ácido palmítico como esta
fosforilación van a tener que ver con
la sensibilización y desensibilización
del receptor, es decir, con que sea
capaz de aceptar el ligando y
transducir la señal o tenga periodos
en los cuales no se active y no
pueda transducir la señal.
Aquí se representa como si se vieran
desde encima las hélices
transmembrana en dos casos:
1
1. Zona de unión del ligando en el
receptor β-adrenérgico.
2. Zona de unión del ligando en el
receptor de serotonina.
2
Se quiere representar cómo
determinadas cadenas laterales de
aminoácidos que están formando la
hélice alfa y que tienen sus cadenas
laterales hacia el exterior, forman
diferentes grupos activos que son los
que van a reconocer y unir al
ligando, de manera que esto es único para que puedan ser específicas las distintas
uniones ligando-receptor. Esto no quiere decir que no vaya a haber casos de reacción
cruzada, o lo que es lo mismo, que el mismo ligando se una a otros receptores por ser
similares, o que dos ligandos sean desde el punto de vista genético muy parecidos y
puedan encajar en el mismo punto. Pero en principio estas cadenas laterales van a ser
diferentes en cada caso, y van a ser capaces de reconocer a su ligando.
RECEPTORES UNIDOS A PROTEÍNAS G
Vamos a ver cómo funcionan estos receptores que están unidos o asociados a
proteínas G.
El receptor está representado con
la zona de unión al ligando y con la
zona de unión a las proteínas G,
tenemos la proteína G anclada a la
membrana pero puede desplazarse
a lo largo de la cara interna de la
membrana plasmática y luego
tenemos algún enzima que como
va a colaborar en el proceso de
transducción de la señal se va a
denominar efector.
Cuando se une la molécula señal al receptor, se activa el receptor, se une a la
proteína G y la proteína G es activada. Una vez que es transducida la señal a la
proteína G, la proteína G activada se separa del receptor y activa a la enzima por la
unión física. La enzima antes de esto estaba inactivada. Una vez activada la enzima,
dependiendo de cuál sea esa enzima, va a producir su función. Puede ser una lipasa,
una ciclasa, etc. y según el efecto que haga, va a producir una molécula activada que
es lo que vamos a conocer como segundo mensajero.
Vamos a ver otros esquemas porque estos receptores tienen varias vías de
transducción intracelular.
Aquí vemos con más detalle la proteína G, que
está formada por tres subunidades distintas:
- Subunidad α, en verde oscuro, que es capaz
de unir nucleótidos de guanina, ya sea GDP o
GTP, y por eso se denomina proteína G (de
guanina).
- Subunidad β, en azul, más pequeña.
- Subunidad ү, en verde clarito, que es más
pequeña.
Las subunidades α y ү tienen residuos alifáticos
que las anclan a la membrana y entre ellas se unen.
(A) Cuando están las tres subunidades unidas no son activas. Esto es lo que vemos
en el caso A, la situación estática o no activa, cuando el ligando no está unido al
receptor y la proteína G tiene unido GDP y no son activas.
(B) En el caso B, vemos que cuando llega la molécula señalizadora y se une al
receptor, el receptor se activa y se acerca a la proteína G. En este punto B todavía
tiene GDP unido y no está activa pero si pasamos al siguiente punto: