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Medicina Molecular 2008
7 de abril de 2009
Medmol 2008
7 de abril de 2009
1
Índice
Novedades
7
Introducción
7
Revisiones
8
Estructuras de amiloide y enfermedad
8
Moléculas de adhesión en el sistema nervioso
12
TLRs como dianas terapéuticas
16
Nanotecnología y Cáncer
20
Terapia antiviral con anticuerpos monoclonales
25
Traduciendo descubrimientos moleculares a nuevas terapias para la arterioesclerosis
32
Autofagia y enfermedad
38
Temas
44
Maduración del ARN mensajero
44
Redes de señalización intracelular
46
Receptores de Virus
49
Receptores unidos a proteínas G
51
Virus Oncogénicos
54
Sinapsis
57
Coagulación
59
Complemento
62
Oncogenes
65
Telómeros
67
Elementos móviles en el genoma humano
70
Términos de Uso
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2
Proteolisis intracelular (Proteasoma)
74
Integrinas
77
Presentación Antigénica
79
Moléculas
83
LEDGF/p75
83
DR52a
85
Glosario
87
Antígeno
87
Retículo endoplásmico
87
Lisosoma
89
Endosoma
90
Codón
91
Enlace peptídico
92
Enzima
93
ADN complementario
95
Caspasas
96
Cofactor
97
Coenzima
98
Adipocito
99
Citoesqueleto
100
Interferencia por ARN
102
Splicing alternativo
103
Ligando
104
Monocito
104
Términos de Uso
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3
Neutrófilo
106
Oncogen
107
Plásmido
107
Poro nuclear
108
Proliferación celular
110
Ubiquitinación
111
Proteasoma
112
Receptores
113
Repeticiones Alu
114
Especies reactivas de oxígeno (ROS)
115
Eritrocito
116
Fibroblasto
117
Plaqueta
118
Potenciación a largo plazo
119
Moléculas de adhesión
120
Factor de transcripción
122
Código genético
123
Neurotransmisor
124
Leucotrienos
125
Proteómica
126
Técnicas
128
Sistema de dos híbridos
128
Noticias
129
Estudios de análisis de networks descubren nuevos procesos biológicos involucrados en la diabetes
129
Términos de Uso
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4
Se analiza la flora bacteriana durante el primer año de vida
130
Papel del GTP mitocondrial en el control de la secreción de insulina en respuesta a la glucosa
131
Se consigue determinar la estructura tridimensional del receptor beta 2 adrenérgico
132
Conexión entre sistema inmune y sistema reproductor a través de los TLRs
133
El BDNF (Brain Derived Neurotrophic Factor: factor neurotrófico derivado de cerebro) podría ser una nueva
diana terapéutica para la depresión y la ansiedad
134
La proteína nAG permite la regeneración de extremidades en la salamandra
135
Nuevas proteínas involucradas en la respuesta al daño en el ADN
136
Construcción de tejidos en 3D
137
Un anillo de cohesina une las cromátidas hermanas en la mitosis
138
Se descubre un nuevo mimetismo molecular importante en la etiopatogenia de la glomerulonefritis necrotizante139
Nuevos fármacos antituberculosos
140
La diversidad de la proteína Dscam es esencial para el “cableado” interneuronal
141
La respuesta a hiperglucemia de las neuronas POMC del hipotálamo está alterada en obesos.
142
Un nuevo cristal muestra cómo la topoisomerasa IIA corta el ADN
143
Motifs de secuencia importantes en el paso de priones de una especie a otra
144
La ARN polimerasa II puede usar ARN como molde
145
Eventos
146
Del 22 al 24 de Mayo se celebra en Graz (Austria) el séptimo simposio internacional sobre diagnóstico molecular146
El tercer Congreso Internacional sobre Genómica de Primates se celebrará en Seattle, Washington, del 13 al 16
de Abril. En esta edición el congreso tendrá un enfoque especial sobre la relación entre genómica de primates
y enfermedades humanas.
146
El Instituto Healthtech de Cambridge (Cambridge Healthtech Institute) organiza del 25 al 28 de Marzo la 15
Tri-Conferencia internacional sobre Medicina Molecular en San Francisco, California
146
Del 1 al 4 de Octubre de 2008 se celebra en Innsbruck (Austria) la 3ł Conferencia sobre Genómica Funcional y
Enfermedad organizada por la ESF (European Science Foundation)
146
Términos de Uso
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5
Se celebra en Berlín el 6 Congreso Anual sobre Descubrimiento de Fármacos basados en Receptores Acoplados
a Proteínas G.
147
Congreso Anual LabLinks de Células Madre
147
El 31 de Marzo tendrá lugar en Houston, Texas, USA, un mini simposio sobre epigenética y comportamiento.
147
Del 11 al 13 de Marzo se celebra en Múnich el Congreso Internacional de genómica integradora del cáncer.
148
Cambridge Healthtech Institute organiza el congreso “microRNA en las enfermedades humanas y el desarrollo”
durante el 10 y el 11 de Marzo en Cambridge, Massachusetts, Estados Unidos
148
Del 5 al 10 de Abril se celebra en Sant Feliu de Guixols, Gerona, un congreso sobre las aplicaciones antivirales
del ARN de interferencia
148
Del 7 al 9 Abril se celebra en Edimburgo el 5 Congreso Anual de la Sociedad Británica de Terapia Génica
149
Durante el 17 y 18 de Abril se celebrará en Boston, Massachusetts, el cuarto congreso “GTCbio células madre
investigación y terapia” (GTCbio Stem cells research and therapeutics)
149
Del 8 al 12 de Marzo se celebrará en Sant Feliu de Guixols, Gerona, un congreso sobre canales y transportadores
implicados en enfermedades hereditarias poco frecuentes.
149
Tercer congreso GTCBio sobre proteín kinasas en descubrimiento de fármacos
149
Del 22 al 25 de Septiembre se celebra en Filadelfia (Estados Unidos) el tercer congreso internacional sobre
diagnóstico molecular en el desarrollo de terapia contra el cáncer
150
Del 28 al 31 de Mayo se celebra en Boston (Estados Unidos) un congreso sobre la epigenética en el cáncer
150
Del 10 al 11 de Julio se celebra en Boston (EEUU) el segundo congreso anual sobre detección, desarrollo y
validación de biomarcadores
150
Del 17 al 19 de Septiembre se celebra en Granada BioSpain 2008, cuarto congreso internacional sobre biotecnología.
150
Durante el 2 y 3 de Octubre se celebra en Dublín el congreso “Biormarker Discovery Europe”
151
La segunda conferencia anual sobre RNAi y terapia tendrá lugar el próximo 22 de Octubre en Boston (USA)
151
Del 29 de Septiembre al 4 de Octubre se celebra en Singapur el congreso sobre células madre, cáncer y envejecimiento “Stem cells, Cancer and Aging”
151
Del 24 al 28 de Enero se celebra en Miami el “Miami 2009 Winter Symposium” que se centrará en el análisis del
genoma humano
151
Del 8 a 10 de Enero se celebra en La Jolla (California, EEUU) el tercer simposio anual sobre Complejidad
Biológica que tratará en esta edición los procesos de envejecimiento.
152
Términos de Uso
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6
La edición 16 de la “Tri-Conference” sobre Medicina Molecular organizada por el Instituto Healthtech de Cambridge tendrá lugar en San Francisco (California, EEUU) del 25 al 27 de Febrero.
152
Durante el 12 y el 13 del próximo mes de Mayo se celebra en Boston (EEUU) la conferencia “DxRx Summit”
centrada en las aplicaciones de los ácidos nucléicos en el diagnóstico y la terapia de enfermedades.
152
Términos de Uso
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7
Novedades
Introducción
Durante este primer año el portal Medicina Molecular de FIBAO se ha convertido en referente mundial en el campo
de la medicina molecular en castellano. La obtención del premio “Favoritos en la red” otorgado por Diario Médico y de
la acreditación “Web de Interés Sanitario” (WIS) otorgada por el portal PortalesMedicos.com y las más de 1500 visitas
diarias que recibe el portal dan prueba de ello.
Con motivo del éxito obtenido durante el 2008 se ha elaborado este libro digital que recoge los contenidos publicados
en el portal desde Diciembre de 2007 hasta Diciembre de 2008. En este libro usted podrá encontrar todos los elementos
publicados en el portal de Medicina Molecular en este periodo incluyendo las imágenes, animaciones y modelos 3D.
Esperamos que disfrute navegando con esta entrega especial del Boletín de Medicina Molecular.
El Equipo de Medicina Molecular de FIBAO
Términos de Uso
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8
Revisiones
Estructuras de amiloide y enfermedad
Resumen
Las fibrillas de amiloide pueden estar formadas por distintas proteínas. Un conjunto de enfermedades se asocian a las fibrillas de
amiloide y en cada una de ellas las proteínas formadoras de amiloide
y las características de estas fibras son específicas. Sin embargo todas comparten características estructurales comunes detectándose en
todas ellas la presencia de la estructura llamada lámina beta cruzada
formando columnas de amiloide (cross-beta spine). Recientemente se
ha conseguido describir la estructura atómica de la columna (spine)
de amiloide correspondiente al fragmento “GNNGGNY” del prion de
levaduras Sup35 que es el responsable de la formación de fibrillas de
amiloide. Esto se ha conseguido utilizando técnicas innovadoras de microcristalografía. La estructura muestra 2 láminas beta con las cadenas
laterales de las dos láminas interconectadas y entrelazadas formando
una especie de cremallera de tipo “dry steric zipper”. En esta revisión
se recogen y describen otros 30 péptidos formadores de amiloide. Entre ellos se analizan los péptidos responsables de la formación de betaamiloide de la enfermedad de Alzheimer, péptidos de las proteínas tau,
de la alfa-sinucleína asociada a la enfermedad de Parkinson, de la proteína priónica PrP, de la insulina, de la lisozima, de la mioglobina, de
la beta2-microglobulina y el polipéptido de amiloide de los islotes o
IAPP (Islet Amyloid PolyPeptide). Existen características estructurales comunes a nivel molecular que son compartidas
en los distintos tipos de enfermedades que presentan amiloide. Las estructuras analizadas comparten estructuras de tipo
cremallera con distintas variaciones. Este análisis permite formular algunas hipótesis para explicar cómo un mismo péptido
priónico puede plegarse de forma distinta originando distintas cepas de priones con idénticas secuencias.
Introducción
Las amiloidosis se caracterizan por el depósito de fibrillas proteicas, conocidas como fibrillas de amiloide, en la región
extracelular. La enfermedad de Alzheimer es uno de los ejemplos de amiloidosis más conocidos. Las fibrillas de amiloide
tienen una serie de características en común aunque estén formadas por distintas proteínas. Todas presentan una morfología
alargada, se tiñen con Rojo Congo y presentan un patrón de difracción de rayos X característico, llamado patrón “crossbeta”. Las fibrillas se forman por la unión cooperativa de moléculas con una cinética de formación característica que
incluye una fase inicial más lenta de nucleación y una fase posterior más rápida de elongación o crecimiento. Los primeros
fragmentos formadores de fibrillas que se cristalizaron fueron el péptido “GNNGGNY” y el péptido “NNQQNY” del prion
de levaduras Sup35.
En esta revisión se describirán los estudios realizados sobre otros 30 fragmentos formadores de fibrillas de amiloide
presentes en proteínas asociadas con distintas enfermedades.
Términos de Uso
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Estado actual
Ya se había comprobado la capacidad de los péptidos “GNNGGNY” y “NNQQNY” de formar fibrillas y microcristales relacionados con la estructura de las fibrillas cuya estructura a nivel atómico se
consiguió describir. En estos microcristales se vio que la columna beta
cruzada (cross-beta spine) estaba formada por 2 láminas beta perpendiculares al eje de la fibrilla que interactuaban fuertemente en una interfaz sin agua con una estrecha complementariedad entre ellas en una
estructura de tipo cremallera (steric zipper). Estas láminas beta interactuantes se apilaban unas encima de otras a lo largo del microcristal que
tenía forma de aguja. En este estudio se seleccionaron un conjunto de
proteínas con capacidad de formar fibras de amiloide y se buscaron los
péptidos responsables de la formación de la “columna beta cruzada”.
Para ello se utilizaron métodos bioinformáticos, métodos experimentales y datos de publicaciones. Finalmente en este estudio se consiguieron 30 péptidos formadores de amiloide procedentes de 14 proteínas
distintas. La mayoría de ellos formaron microcristales en forma de aguja de unas 2x2 micras de sección. Los péptidos formadores de amiloide
eran muy variados en sus características incluyendo péptidos muy polares como “NNQQ”, otros no polares como “MVGGVV”, péptidos
con cadenas laterales cortas como “SSTSAA” y otros con abundancia
de cadenas laterales largas como “FYLLYY”. A pesar de su variedad todos compartían la autocomplementariedad en la
interfaz de interacción consigo mismos.
Que sea posible extrapolar la estructura de las fibras de amiloide que forman estos péptidos en los microcristales a la
estructura de las fibras de amiloide Şin vivoŤ está fundamentado en 3 puntos:
Existe similitud entre las características estructurales de las fibrillas reales de amiloide y aquellas de los microcristales.
En experimentos de formación de fibras de amiloide con proteínas enteras, si se añade un agregado de péptidos como
“semilla” se acorta la fase de nucleación.
Mutaciones en los segmentos correspondientes a los péptidos formadores de fibrillas afectan también a la formación
de amiloide por la proteína completa.
Estudiando la estructura de los cristales y teniendo en cuenta su posible relación con la estructura de las cross-beta
spine se cree que éstas tienen la siguiente estructura:
Están formadas por un par de láminas beta
Cada lámina beta está formada por moléculas del fragmento peptídico extendidas a modo de hebra beta. Estas
moléculas quedan unidas mediante puentes de hidrógeno
Las hebras beta formadas por los fragmentos peptídicos extendidos se disponen perpendicularmente al eje de la
cross-beta spine
Las láminas beta interaccionan fuertemente entre sí a través de una superficie totalmente libre de agua, en esta zona
las cadenas laterales de los aminoácidos de cada lámina beta se disponen alternándose con las cadenas laterales de
los aminoácidos de la otra lámina de un modo que se conoce como cremallera estérica (steric zipper)
Términos de Uso
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Este motivo formado por las dos láminas beta complementarias unidas a modo de cremallera estérica se repite a lo largo
de un eje hasta formar la “columna beta cruzada” (cross-beta spine).
En las fibrillas formadas por proteínas completas determinadas regiones de cada proteína constituyen la cross-beta
spine en el interior de la fibrilla, mientras que el resto de la proteína se dispone en la periferia.
Muchas proteínas que se asocian a enfermedades y que forman fibrillas pueden presentar varios de estos péptidos
formadores de fibrillas en su secuencia. Por este motivo es posible encontrar distintos tipos de cremalleras estéricas dependiendo del fragmento que las forme. Tal es el caso de las proteínas tau asociadas a Alzheimer, las proteínas priónicas PrP y
la insulina entre otras.
Analizando la estructura de los 11 cristales que se han obtenido recientemente y comparándola con las demás estructuras de proteínas almacenadas en las base de datos PDB (PDB: Protein Data Bank) y CSD (CSD: Cambridge Structural
Database) se ha comprobado que el motivo conocido como cremallera estérica es específico del estado amiloide y no parece
encontrarse en otro tipo de estructuras. Todos estos cristales comparten características con los cristales formados por los
fragmentos “GNNGGNY” y el “NNQQNY” (descritos anteriormente).
A pesar de que todos los cristales tienen unas características en común se pueden definir hasta ocho tipos de cremalleras
estéricas dependiendo de los siguientes factores:
Si las hebras beta que forman una lámina se disponen de forma paralela o antiparalela
Si las dos láminas beta se unen por la misma cara (este caso se conoce como face-to-face) o se unen por caras
diferentes (face-to-back)
Si las dos láminas beta se disponen de forma paralela o antiparalela una con respecto a otra
De los ocho tipos de cremalleras estéricas que pueden obtenerse
combinando estos tres factores cinco se han encontrado en los cristales
estudiados. Las cremalleras en las que las láminas beta se asocian de
modo face-to-back permiten que varias láminas beta se apilen favoreciendo la formación de estructuras macroscópicas. Fragmentos encontrados en proteínas como la beta-amiloide y en proteínas priónicas generan este tipo de cremalleras.
Además de la complejidad estructural que supone que una proteína formadora de fibrillas contenga más de un fragmento formador de
fibrillas, un mismo fragmento amiloidogénico puede dar lugar a distintas cremalleras estéricas según sea la forma en la que se asocia a
otros fragmentos originando distintas estructuras de fibrillas. Este hecho explicaría el polimorfismo que se observa en las fibras de amiloide
compuestas por un único tipo de proteína. También podría explicar el
concepto de cepas de priones ya que un mismo péptido priónico podría
originar estructuras distintas según el tipo de interfaz que adoptara.
Puesto que las fibrillas pueden llegar a ser muy complejas estructuralmente para poder conocer con detalle todas sus características sería
necesario estudiar la estructura de los cristales de las fibrillas formadas
por la proteína completa y no solamente por los fragmentos formadores
de fibrillas.
Términos de Uso
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Conclusiones
Según las estructuras analizadas los autores afirman:
Un fragmento de 4 a 7 aminoácidos es capaz de formar fibrillas de amiloide
El motif de cremallera estérica (steric-zipper) formado por 2 láminas beta interactuando entre sí es la unidad estructural fundamental en el amiloide. Las enfermedades por depósito de amiloide comparten similitud a nivel molecular.
El proceso de formación de amiloide sigue una cinética de 2 fases que podría corresponder a una primera fase de
nucleación, en la que es necesario que coincidan un grupo de proteínas descubran su péptido amiloidogénico y una
segunda fase más rápida en la que sólo es necesario que una proteína descubra su péptido amiloidogénico para que
pase a incorporarse a la fibrilla.
El polimorfismo de las fibrillas en una misma enfermedad podría deberse a la presencia de varios péptidos amiloidogénicos en una misma proteína y a la posibilidad de que adopten distintos tipos de interfaz en la interacción consigo
mismos.
Esta capacidad de interactuar de distintos modos podría explicar las distintas cepas con secuencias idénticas de un
mismo prión.
Conocer la estructura molecular común de los depósitos de amiloide asociados a distintas enfermedades, muchas de
ellas de gran repercusión, puede abrir nuevas vías de investigación tanto en su diagnóstico y su prevención como en su
tratamiento.
Bibliografía
Atomic structures of amyloid cross-beta spines reveal varied steric zippers
(Ver página Web)
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Moléculas de adhesión en el sistema nervioso
Resumen
La incomparable complejidad de la conectividad intercelular del sistema nervioso requiere una gran diversidad y especificidad en el conjunto de proteínas que median la adhesión celular. Aunque las proteínas de adhesión presentes en el sistema
nervioso pertenecen a familias de proteínas presentes en todo el organismo, como es el caso de las inmunoglobulinas y de
las cadherinas, se han encontrado nuevos mecanismos de acción específicos de sistema nervioso.
En esta revisión se recogen los últimos avances en los mecanismos moleculares que determinan la capacidad de adhesión, la diversidad y la especificidad de estas moléculas de adhesión.
Introducción
Una de las principales características del sistema nervioso es la gran complejidad de las interacciones intercelulares
que en él se dan. El cerebro de un hombre adulto puede tener en torno a 10.000 millones de neuronas, y cada una de ellas
puede participar en miles de conexiones. El correcto desarrollo de este complejo sistema depende de una fina regulación
espacio-temporal de la expresión de diversas moléculas de adhesión.
Se ha comprobado la existencia de distintos tipos de adhesión en el sistema nervioso y su relación con distintas formaciones histológicas como el agrupamiento de células para formar núcleos cerebrales o la formación de una capa cortical.
El tipo de adhesión predominante en el sistema nervioso es la sinapsis, sin embargo, se ha demostrado la gran importancia
de otros tipos de adhesión en la formación del sistema nervioso. Entre estos tipos cabe destacar los contactos adhesivos
entre cuerpos neuronales y la unión de células del sistema nervioso con otros tipos celulares como ocurre en la unión
neuromuscular.
En esta revisión se detallan las características de las principales familias de moléculas de adhesión que se encuentran
en el sistema nervioso:
Cadherinas
Inmunoglobulinas
Integrinas
Neurexinas
Neuroliginas (neuroligins)
Estado actual
Las moléculas de adhesión que encontramos en el sistema nervioso y que actualmente están bien caracterizadas las
podemos clasificar en cadherinas, inmunoglobulinas, integrinas, neurexinas y neuroliginas. Aunque la mayoría de las proteínas de estas familias se encuentran también en muchos otros tejidos, en el sistema nervioso presentan isoformas característica que llevan a cabo funciones específicas.
Términos de Uso
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Cadherinas
Las cadherinas son proteínas transmembrana de un solo paso que se caracterizan por presentar repeticiones de un
dominio llamado dominio cadherina en la región extracelular de la proteína. Cada molécula de cadherina presenta alrededor
de 110 repeticiones de este dominio. Entre dos repeticiones se alojan tres de calcio que son necesarios para que los dominios
se dispongan a lo largo de un eje haciendo que la proteína tenga forma alargada.
En el genoma humano encontramos unos 100 tipos distintos de cadherinas. Estas cadherinas pueden clasificarse en subfamilias. Las subfamilias que se han encontrado en el sistema nervioso son:
Las cadherinas tipo I y tipo II (conocidas también como cadherinas clásicas) se unen a la actina que se encuentra formando parte
del citoesqueleto y son muy importantes en el mantenimiento de
la estructura de la neurona y en el desarrollo de circuitos neuronales
Los receptores CNR (Cadherin-like Neuronal Receptors) se localizan principalmente en la región donde se produce la sinapsis.
Existen distintas isoformas que se generan por splicing alternativo y que mantienen constante la región citoplasmática.
Muchos experimentos demuestran que la capacidad de adhesión de
las cadherinas de tipo I y II se encuentra en el dominio extracelular
EC1 que se encuentra en el extremo de la molécula (Véase primera
animación). En las cadherinas de tipo I este dominio se une mediante
un triptófano conservado a un bolsillo hidrofóbico situado en el dominio EC1 de otra cadherina formando un dímero (Véase primera animación). Este dímero puede formarse por dos moléculas de la misma
célula o de células distintas. La estructura formada por los dos EC1 se
conserva en todas las cadherinas clásicas y juega un papel crucial en la adhesión celular mediada por cadherinas. En las
cadherinas de tipo II la unión entre dos dominios EC1 se lleva a cabo por dos residuos de triptófano conservados que se
introducen en un gran bolsillo hidrofóbico situado en el dominio EC1 de la otra cadherina (Véase primera animación).
Estas diferencias estructurales en las zonas de adhesión de las cadherinas de tipo I y II evita la unión de proteínas de las
dos subfamilias entre sí.
Proteínas de adhesión de la familia de las inmunoglobulinas (IgCAM)
Las proteínas de esta familia son proteínas transmembrana de tipo I que se caracterizan por presentar en su región extracelular dominios del tipo inmunoglobulina. Los dominios tipo inmunoglobulina se localizan en el extremo N terminal de
la molécula y a veces aparecen repeticiones del dominio fibronectina tipo III (FNIII) conectando los dominios inmunoglobulina con la región transmembrana de la proteína. En muchos casos la capacidad de adhesión de las IgCAM reside en los
dominios tipo inmunoglobulina. La disposición de estos módulos puede variar en función de la proteína pudiendo encontrar
desde proteínas con un sólo dominio tipo inmunoglobulina a proteínas que contienen 6 dominios tipo inmunoglobulina y 5
dominios de tipo FNIII.
Términos de Uso
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Las IgCAM tienen distintos mecanismos de actuación: algunas se
unen solamente a moléculas iguales a ellas, otras pueden unirse a otras
IgCAM distintas y otras pueden incluso reconocer y unirse a proteínas
de otras familias como por ejemplo integrinas.
Estudios en nematodos han demostrado la importancia de las
uniones mediadas por IgCAM en el desarrollo neuronal.
El mecanismo de adhesión de las IgCAM aún no se ha
determinado. En algunos casos una única molécula es suficiente para la unión de las dos membranas de las células adyacentes como ocurre con la proteína P0 (Véase segunda animación). Esta proteína se localiza en las membranas que forman la mielina y sólo tiene un dominio tipo inmunoglobulina. En el extremo apical de la molécula contiene dos residuos de triptófano que se introducen en la membrana de la siguiente vuelta de mielina. Además tiene una superficie cargada positivamente que interacciona con las cabezas de los fosfolípidos
estabilizando la unión entre las dos membranas. En otros casos
se produce la unión de dos proteínas IgCAM iguales o diferentes.
Integrinas
Las integrinas son heterodímeros formados por una subunidad alfa y una subunidad beta. Ambas subunidades son
proteínas transmembrana de tipo I (de un único paso) con un gran dominio extracelular y un pequeño dominio citoplasmático. En vertebrados se han encontrado 8 subunidades beta diferentes y 18 alfa pudiendo formar un gran número de
heterodímeros distintos.
En el sistema nervioso central se han encontrado integrinas en distintos tipos celulares como neuronas, células gliales,
células endoteliales y células meníngeas. Se ha demostrado la importancia de las integrinas en la regulación de la proliferación y migración de los oligodendrocitos. Además las integrinas son capaces de unirse a la proteína extracelular
trombospondina que es una proteína generada por los astrocitos que facilita la formación de sinapsis. Las integrinas juegan
un importante papel en la adhesión neuronal en el sistema nervioso periférico que es el que está mejor caracterizado. Las
integrinas son muy importantes en la formación de la unión neuromuscular. Las células de Schwann se unen a la matriz
extracelular a través de integrinas.
En las integrinas, la zona de unión al ligando es una región formada al unirse los extremos N terminales de las subunidades alfa y beta. En concreto, las integrinas se unen a los ligandos a través del motivo MIDAS (Metal Ion Dependent
Adhesion Site : Sitio de Adhesión Dependiente de Ion Metálico). En estos motivos se alojan iones que son capaces de
coordinarse con grupos de glutámico o aspártico presentes en los ligandos de las integrinas.
Las integrinas presentan distintos estados con distinta afinidad por los ligandos. Cambios conformacionales promovidos
por interacciones a través de la zona extracelular o citoplasmática pueden provocar cambios en la afinidad de las integrinas
por sus ligandos. Además, procesos de señalización mediados por otros receptores puede generar un cambio en la región
citoplasmática de la integrina provocando un cambio general de la estructura y modificando sus capacidades de unirse al
ligando.
Además de tener un papel como moléculas de adhesión las integrinas llevan a cabo funciones de señalización bidireccional. Sin embargo, aún no está claro qué mecanismos utilizan las integrinas para llevar a cabo estos procesos de
señalización en células neuronales. Parece ser que podrían actuar como amplificadores de señales causadas por factores de
crecimiento.
Términos de Uso
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Neurexinas
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y
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Neuroliginas
Las neurexinas son unas proteínas de membrana de las células neuronales que participan en las uniones intercelulares uniéndose a otras
proteínas llamadas neuroliginas.
Se han descrito miles de isoformas distintas de las neurexinas formadas por splicing alternativo a partir del ARNm de 6 promotores distintos en tres genes. Las formas maduras de la proteína se pueden clasificar como alfa neurexinas codificadas desde el promotor más “aguas
arriba” del gen o beta neurexinas codificadas desde el promotor más
“aguas abajo”.
Las neuroliginas están codificadas por cuatro genes distintos y se
expresan principalmente en el cerebro aunque también en otros tejidos
fuera del sistema nervioso central.
Se ha descrito que la unión neurexina-neuroligina es específica y
que por tanto, cada forma de neurexina se une sólo a determinadas formas de neuroliginas. Además, distintas isoformas obtenidas por splicing alternativo pueden tener distintas funciones. Por ejemplo existen
distintas variantes de neuroligina 1 que tienen características diferenciales de unión a neurexinas:
Existen variantes de neuroligina 1 que sólo unen beta neurexinas.
Estas variantes producen formación de nuevas sinapsis específicas.
Otras variantes de neuroligina 1 se pueden unir tanto a alfa neurexinas como a beta neurexinas. Estas variantes producen una expansión de las sinapsis.
En este caso, al igual que en las integrinas, las neurexinas junto con las neuroliginas pueden llevar a cabo procesos de
señalización intercelular. De hecho actualmente se cree que la función principal del sistema neurexina-neuroligina es la de
señalización y no la de adhesión celular.
Conclusiones
La gran variedad de moléculas de adhesión presentes en el sistema nervioso, cada una con unas propiedades especiales,
permite el desarrollo de la gran complejidad que lo caracteriza.
A diferencia del sistema inmune, en el sistema nervioso la gran variedad de moléculas se consigue con mecanismos muy
complejos de splicing alternativo en lugar de obtenerse por recombinación como ocurre en la generación de los anticuerpos.
Bibliografía
Adhesion molecules in the nervous system: structural insights into function and diversity.
(Ver página Web)
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TLRs como dianas terapéuticas
Resumen
Los receptores TLRs (Toll-Like Receptors) son cruciales en la respuesta inmunitaria innata. Reconocen moléculas
propias de microorganismos e inician la respuesta innata al activar la producción de mediadores de la inflamación. Los TLRs
se han propuesto como dianas terapéuticas para el tratamiento del cáncer, las enfermedades alérgicas y las infecciones.
Introducción
Los TLRs pertenecen a un grupo de receptores conocidos como receptores de reconocimiento de patrones (PRR: Pattern Recognition Receptors) que reconocen amplios grupos de moléculas característicos de microorganismos como los
lipopolisacáridos, las flagelinas, los mananos o los ácidos nucleicos de virus y bacterias. El reconocimiento de estas moléculas propias de microorganismos por parte de los receptores PRR, en particular por los TLRs, inicia la respuesta inmunitaria
innata al activar la producción de mediadores de la inflamación como los interferones (IFNs), el TNF-alfa y un gran número
de interleuquinas. En muchos casos los TLRs también intervienen en la modulación de la respuesta adaptativa.
En esta revisión se repasan las características fundamentales de los TLRs, sus principales funciones en la respuesta
inmunitaria innata y el desarrollo de agonistas y antagonistas para el tratamiento de enfermedades como alergias, cáncer e
infecciones virales.
Estado actual
Los TLRs son proteínas transmembrana de tipo I que se caracterizan por presentar un dominio de señalización intracelular compartido
por los receptores Toll y los receptores de interleuquina 1 llamado TIR
(Toll/Interleukin-1 Receptor) y un dominio de reconocimiento de ligando llamado LRR (Leucine-Rich Repeat) formado por repeticiones
en tándem de un motivo rico en leucina de 19 a 25 aminoácidos. Los
TLRs en ausencia de ligando tienden a formar dímeros unidos de modo
no covalente. En humanos se han descrito hasta 10 TLRs funcionales.
La localización subcelular varía según el TLR. Los TLRs 1, 2, 4, 5
,6 y 10 se expresan en la superficie celular y migran a los fagosomas
tras activarse al reconocer el ligando, y los TLRs 3, 7, 8 y 9 se expresan en compartimentos intracelulares, principalmente en endosomas y
retículo endoplásmico, con los dominios de unión a ligando orientados
hacia el lumen. Cada receptor TLR reconoce un grupo de moléculas
característico. Los TLRs expresados en la membrana celular reconocen moléculas como los lipopolisacáridos y los lipopéptidos indicando
la presencia de patógenos como bacterias, protozoos y hongos mientras
que los TLRs expresados en los compartimentos intracelulares reconocen ácidos nucléicos detectando así la infección intracelular por virus.
Actualmente se han descubierto ligandos propios para los TLRs. La
unión del ligando al TLR provoca un cambio conformacional que origina una cascada de señalización intracelular finalizando en la producción de mediadores de la inflamación o promoviendo la diferenciación, la proliferación o la apoptosis
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de la célula. La ruta de señalización intracelular es característica para cada tipo de TLR produciéndose una respuesta
diferencial en la célula según el TLR estimulado.
Los TLRs desempeñan básicamente tres funciones en la respuesta inmunitaria innata:
Detectan la presencia y tipo de patógeno
Generan una respuesta inmediata frente al patógeno
Estimulan el desarrollo de una respuesta adaptativa duradera contra el patógeno
La detección y el reconocimiento del patógeno son llevadas a cabo
por células como las células dendríticas y los macrófagos que continuamente se encuentran muestreando el organismo. El reconocimiento
por parte de los TLRs conlleva una rápida producción de citoquinas y
quimioquinas que indican la presencia del patógeno.
Esta respuesta localizada a la infección a través de los TLRs inicia
un rápido reclutamiento de células del sistema inmunitario al sitio de la
infección y las activa de modo que producen gran cantidad de sustancias antimicrobianas iniciándose así una respuesta inmediata frente al
patógeno. Las señales originadas por los TLRs promueven la expresión
de moléculas de adhesión tanto en las células epiteliales como en las
células hematopoyéticas circulantes promoviendo su llegada a la zona
de la infección.
La respuesta innata a un patógeno puede ser decisiva en la regulación de la respuesta adaptativa. Las células presentadoras de antígeno, especialmente las células dendríticas, constituyen la interfaz entre ambos tipos de respuestas. Los ligandos para TLRs provocan que las
células dendríticas maduren convirtiéndose en células presentadoras de
antígeno activas al inducir la expresión de moléculas coestimuladoras
(como el CD40, el CD80 y el CD86) necesarias para la activación de
los linfocitos T. Muchas citoquinas inducidas por TLRs guían la diferenciación de las células T a linfocitos T helper, en
concreto a Th1, o a linfocitos T citotóxicos. Los patrones diferenciales de expresión de TLRs en los distintos tipos de
células presentadoras de antígeno y las diferencias en la distribución de estas células en el organismo explican gran parte de
la compleja regulación de las respuestas innata y adaptativa por estas moléculas. La compleja distribución de patrones de
expresión de TLRs y las diferencias en las respuestas generadas por los distintos tipos de TLRs suponen tanto retos como
oportunidades para desarrollar nuevas vacunas y fármacos.
El desarrollo de fármacos que actúan sobre los TLRs se centra en el uso de ligandos agonistas y antagonistas. Los
agonistas son moléculas que se unen a los TLRs y generan una respuesta en la célula mientras que los antagonistas son
moléculas que al unirse no provocan ninguna respuesta en la célula e impiden la unión de los ligandos naturales agonistas.
Actualmente se están estudiando numerosos usos de agonistas de TLRs, como adyuvantes en vacunas, como terapia
antimicrobiana y en la terapia de alergias y de cáncer:
Agonistas de TLRs como adyuvantes en vacunas. Es uno de los usos más estudiados. Actualmente se han aprobado
dos vacunas para el virus de la hepatitis B para adultos que emplean agonistas de TLR4 como adyuvantes. Estudios
preclínicos demuestran que agonistas de TLR 3, 4, 7 y 8 también tienen capacidad para potenciar vacunas para el
cáncer y contra infecciones víricas crónicas como el SIDA y la hepatitis B.
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Agonistas de TLRs en la terapia de alergias. La respuesta inapropiada de las células Th2 es una de las características
comunes de las alergias. Agonistas de TLR4 y TLR9 activan fuertemente la respuesta Th1 que regula negativamente
la respuesta Th2 inhibiéndola. Se están desarrollando nuevos tratamientos con agonistas de TLR4 y TLR9 para el
asma y la rinitis alérgica basados en la utilización de esta acción moduladora de la respuesta Th2.
Agonistas de TLRs en el tratamiento contra el cáncer. La capacidad de los TLRs de activar mecanismos antitumorales
como la potenciación de la respuesta innata incluyendo la activación de células NK (Natural Killer), macrófagos y
monocitos que pueden reconocer células tumorales se está utilizando para desarrollar nuevas terapias anticancerosas.
La destrucción de células tumorales mediante una respuesta innata puede liberar antígenos que activen la respuesta
de linfocitos Th1 y de T citotóxicos. Otra aproximación se basa en la inducción de apoptosis en células tumorales
que expresen TLRs. Se ha conseguido in vitro una inducción eficiente de apoptosis en células de leucemia linfoide
crónica TLR9 positivas y en células de carcinoma de mama que expresaban TLR3.
Agonistas de TLRs en terapias antimicrobianas. Agonistas para TLR3, TLR7, TLR8 y TLR9 se están estudiando
para tratamiento de enfermedades infecciosas, especialmente infecciones víricas. El efecto antiviral de estos TLRs
se basa en la producción de interferones de tipo I y en la activación de otros mecanismos antivirales dependientes
de este tipo de interferones. La activación de la citotoxicidad mediada por células NK y de la respuesta antiviral
mediada por células T contribuiría a la defensa frente al virus. Los agonistas para TLR7 son los más estudiados.
Entre ellos el ŞimiquimodŤ ya se encuentra aprobado para el tratamiento contra el virus del papiloma humano.
Otra línea de investigación basa el desarrollo de nuevos fármacos en el uso de antagonistas de TLRs. Se están desarrollando actualmente análogos estructurales de los agonistas que se unen al receptor pero que no inducen ninguna señal en la
célula. También se están desarrollando anticuerpos específicos para TLRs y pequeñas moléculas con acción antagonista escogidas de una biblioteca de compuestos. El uso de antagonistas se orienta principalmente al tratamiento de enfermedades
autoinmunes e inflamatorias.
Algunos antagonistas de TLR4 para el tratamiento de la sepsis ya se encuentran en avanzados ensayos clínicos. Estos
antagonistas inhibirían el reconocimiento de los lipopolisacáridos bacterianos por parte de TLR4 evitando la respuesta
inflamatoria. También se proponen antagonistas de TLRs para evitar el descenso de células T CD4 en la infección por virus
HIV ya que se piensa que procesos mediados por TLRs podrían estar implicados en este descenso.
Actualmente se conocen ligandos endógenos para todos los TLRs humanos salvo para el TLR5 y el TLR10. La mayoría
de estos ligandos son moléculas procedentes de tejidos dañados o células en apoptosis. Se piensa que muchos tipos de daño
tisular podrían producir altos niveles de estos ligandos provocando una exposición continuada pudiendo actuar como adyuvantes para la estimulación de células B y T autorreactivas. También se piensa que estos ligandos endógenos podrían ser
los causantes de procesos inflamatorios en ausencia de patógenos, situación conocida como inflamación estéril. Pacientes
de lupus eritematoso sistémico presentan leucocitos en sangre con altos niveles de interferón-alfa y de genes activados por
él, que de hecho correlacionan con el estado de la enfermedad. El exceso de interferón alfa parece estar producido por un
tipo de células dendríticas llamadas células dendríticas plasmocitoides que se encuentran muy activas. La inducción del
interferón alfa en estas células parece llevarse a cabo vía TLR7 o TLR9 durante infecciones virales que agravarían la enfermedad. Oligonucleótidos sintéticos antagonistas de TLR7 y TLR9 son activos en modelos animales de esta enfermedad
aunque todavía no se ha demostrado su actividad en humanos.
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Conclusiones
Los receptores TLRs tienen un papel clave en la respuesta inmunitaria, tanto innata como adaptativa. La aplicación de
fármacos que actúen modulando su actividad puede suponer un gran avance en el tratamiento de enfermedades como el
cáncer, las enfermedades autoinmunes y las infecciones víricas como la hepatitis y el SIDA.
Bibliografía
Therapeutic targeting of innate immunity with Toll-like receptor agonists and antagonists
(Ver página Web)
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Nanotecnología y Cáncer
Resumen
Actualmente, debido al gran avance que están experimentando las tecnologías “ómicas”, enfermedades complejas como
el cáncer se tratan de modelizar empleando principios de biología de sistemas. Para poder diseñar aplicaciones para el
diagnóstico y el tratamiento de estas enfermedades basándose en los modelos teóricos de redes procedentes de la biología
de sistemas es necesario el desarrollo de rutinas de análisis precisas, muy sensibles y de bajo coste. En esta revisión se
introducen los últimos avances en la aplicación de la nanotecnología y la microfluídica (o tecnología Lab-on-a-chip) tanto
en el diagnóstico como en la terapia del cáncer.
Introducción
En esta revisión se introducen los últimos avances en la aplicación de la nanotecnología y la microfluídica en el diagnóstico y analizaremos las nuevas terapias anticancerosas basadas en nanopartículas.
Recientes avances conceptuales y tecnológicos hacen posible imaginar un futuro en el que el cáncer se convertirá
en una enfermedad crónica que podrá tratarse adecuadamente en la mayoría de los casos. La visión de la enfermedad
del cáncer ha cambiado en gran medida últimamente. Hace unos años se trataba de caracterizar la enfermedad partiendo
de unas cuantas medidas fenomenológicas. Posteriores avances en el conocimiento de la enfermedad han mostrado que
un mismo tipo de cáncer puede estar causado por distintas mutaciones. La nueva visión de la enfermedad modeliza la
patogenia del cáncer centrándose en las distintas rutas de señalización involucradas en el proceso. Este modelo llamado
“model of cancer pathways” o modelo de las rutas del cáncer analiza el proceso canceroso focalizando la atención en las
cascadas de eventos moleculares y de interacciones entre proteínas que están en la base del desarrollo de un tumor. Están
apareciendo nuevas terapias moleculares específicamente dirigidas a la ruta que está alterada que muchas veces tienen
como diana una proteína genéticamente alterada en el paciente a tratar. La medición a nivel molecular de la cantidad de
ARNm o de proteínas asociadas a rutas específicas se están analizando tanto para diagnosticar algunos tipos de cáncer
como para establecer la eficacia de los tratamientos anticancerosos. La llamada “molecular imaging” in vivo está siendo
también muy útil en el seguimiento de la eficacia de fármacos anticancerosos. Los modelos de rutas son útiles aunque
limitados ya que diagnósticos basados en estos modelos requieren un conocimiento previo de la presencia del cáncer en el
paciente por lo que no suponen una buena estrategia para la detección de la enfermedad en los estadios tempranos. Además
estos modelos no tienen suficientemente en cuenta que la evolución del cáncer es un proceso dinámico, que las rutas están
muy interconectadas y que un proceso tumoral no es homogéneo.
Recientemente, gracias a los importantes avances en la biología de sistemas, se está tratando de caracterizar la enfermedad empleando modelos de redes. Estos modelos basándose en el análisis del transcriptoma a nivel global, en métodos
de proteómica focalizados al análisis de proteínas concretas y utilizando métodos computacionales están permitiendo avanzar en el conocimiento de la patofisiología de la progresión de la enfermedad. Estos modelos de redes permiten ilustrar
cómo el comienzo y el progreso de la enfermedad se reflejan en una expresión diferencial de genes y en modificaciones en
las redes de interacción de las proteínas codificadas por esos genes.
Tres circunstancias están permitiendo avanzar hacia un diagnóstico más informativo del cáncer:
Las bases de datos de genómica y proteómica están permitiendo descubrir nuevos biomarcadores de enfermedad
La posibilidad de extraer datos de proteínas en sangre pero de forma órgano-específica
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El conocimiento de las redes reguladoras en las que está involucradas cada proteína hace que la medición de una
proteína dé una información adicional obtenida de su repercusión sobre las redes reguladoras de las que forma parte
Los modelos de redes representan con mayor fidelidad el inicio y la progresión del cáncer de forma dinámica. En
estos modelos la medición de la concentración de determinadas proteínas clave en la red puede permitir la realización
de un diagnóstico temprano de la enfermedad aún previo a la aparición de los síntomas clínicos
Todo esto demanda tecnologías analíticas que midan con precisión y a la vez múltiples parámetros en genes, proteínas
y células, que necesiten poca cantidad de muestra y sean de bajo coste. Frente a esta demanda la nanotecnología y las
técnicas de microfluídica surgen como poderosas herramientas.
Además de permitir un diagnóstico temprano de la enfermedad, técnicas basadas en nanotecnología podrían emplearse
en terapia. Una de las principales ventajas de emplear la nanotecnología en la encapsulación de fármacos es que permite
llevar de forma específica el fármaco a la célula o tejido diana. Así se reduce la exposición de los tejidos no cancerosos al
fármaco y se reduce por tanto la toxicidad del mismo.
Estado actual
El empleo de la nanotecnología en el diagnóstico del cáncer permite llevar a cabo determinaciones de una gran cantidad
de moléculas distintas, de una forma automatizable y económica y empleando cantidades de muestra aún menores que las
que se necesitan con las técnicas actuales.
Las principales metodologías basadas en la nanotecnología que se proponen para el diagnóstico del cáncer son:
Ensayos de proteínas basados en la técnica ELISA
Chips microfluídicos
Chips para manejar muestras de sangre y tejidos
Sistemas de medición “label-free” en las que la interacción de la molécula diana con el agente detector se mide
directamente sin utilizar ningún tipo de marcaje
Análisis de tejidos
Sistemas de medición multiparámetro
La técnica ELISA (Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay) es una de las técnicas más usadas actualmente en el diagnóstico de muchas enfermedades. Sin embargo presenta algunos inconvenientes entre los que cabe destacar que permite
solamente la detección y determinación de un tipo de proteína, la necesidad de dos anticuerpos para cada proteína, el rango de detección de la proteína (sólo se detecta por encima de una concentración) y los problemas derivados del uso de
fluoróforos como por ejemplo el fotoblanqueamiento (photobleaching). Algunas mejoras se basan en unir los anticuerpos
secundarios a nanopartículas de oro. De este modo se produce una amplificación de la señal que hace que el umbral de
detección sea de 100 attoM, siendo un attoM la trillonésima parte de un mol. Esta gran sensibilidad del método basado en
nanopartículas amplía su valor diagnóstico.
Los chips o plataformas microfluídicas son unos dispositivos de vidrio o material elastomérico que permiten manejar
cantidades muy pequeñas de líquidos controlando en cada momento el flujo y el recorrido de la muestra en el chip. Estos
sistemas permiten la reducción de costes en el análisis de muestras ya que necesitan cantidades muy pequeñas de reactivos
y permiten llevar a cabo determinaciones en muy poco tiempo. El rendimiento de muchas técnicas, como por ejemplo la
técnica ELISA, puede mejorarse adaptándolas a este tipo de dispositivos.
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Los chips para manejar muestras de sangre y tejidos es otra de las aproximaciones basadas en nanotecnología para
diagnosticar el cáncer. En los protocolos para el diagnóstico del cáncer y otras enfermedades es necesaria la separación de
las células para posteriormente determinar las proteínas. Cuando se trata de muestras de sangre la separación de las células
se suele hacer mediante centrifugación. La centrifugación requiere grandes volúmenes de muestra encareciendo el proceso.
Actualmente se han diseñado chips que permiten la separación de compuestos biológicos basándose en principios como la
dielectroforesis o la microfiltración. Recientemente se ha publicado un diseño basado en microfluídica para la separación
del plasma de la sangre que destaca por ser muy eficiente, carecer de partes móviles, estar compuesto de vidrio y plástico
y manejar cantidades muy pequeñas de sangre. El cultivo y manejo de tejidos también es muy importante en el diagnóstico
del cáncer, actualmente hay muchos grupos trabajando en el diseño de chips para el cultivo y selección de células.
Sistemas de medición “label-free” en las que la interacción de la molécula diana con el agente detector se mide directamente
sin utilizar ningún tipo de marcaje. El agente detector está inmovilizado sobre una superficie y la unión a la molécula
diana se detecta sin necesidad de marcaje o reacciones acopladas. Este tipo de sistemas utilizan SPR (Surface Plasmon
Resonance), nanoalambres, nanotubos, nanopalancas y biosensores moleculares. La nanotecnología aporta grandes ventajas
en estas técnicas como la lectura electrónica de la señal que puede procesarse directamente, una gran sensibilidad y la
posibilidad de detectar pequeños eventos de unión de moléculas a su receptor.
El análisis de tejidos es crucial en el diagnóstico del cáncer y de otras enfermedades. Actualmente muchos protocolos
empleados se basan en tinciones inmunohistoquímicas. Estas técnicas permiten detectar in situ proteínas que muchas veces
dan el diagnóstico molecular de muchos tipos de cáncer Se están desarrollando variantes de estos métodos que emplean
nanotecnología. Variantes de estos métodos basados en nanotecnología se están empezando a utilizar por ejemplo en el
diagnóstico del cáncer de mama. Muchas de estas aproximaciones se basan en el empleo de puntos cuánticos o transistores
de un solo electrón como etiquetas fluorescentes ya que presentan propiedades de fluorescencia muy buenas. Los puntos
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cuánticos son estructuras cristalinas a nanoescala cuyas propiedades pueden modificarse con la acción de un solo electrón.
Las medidas multiparámetro en una única plataforma se están investigando aplicando nanotecnología. Con el tiempo en
el diagnóstico del cáncer se podrán medir parámetros celulares, ARN mensajeros y proteínas en un único chip o plataforma.
Uno de los principales problemas que hay en el diseño de estas plataformas es la incompatibilidad físico-química que hay
entre los distintos soportes sobre los que se deben hacer las pruebas. Debido a la gran importancia que tiene el desarrollo
de este tipo de chips actualmente hay numerosos grupos de investigación trabajando para solventar estos problemas.
Además de la aplicación de la nanotecnología en el diagnóstico del cáncer también se están desarrollando partículas
destinadas a la terapia del mismo. Una de las principales ventajas de la aplicación de nanopartículas en la terapia contra el
cáncer es la minimización de efectos secundarios.
En el diseño de la nanopartícula se pueden seleccionar sus propiedades físico químicas pudiendo obtener nanopartículas
con distintas características de tamaño, tiempo medio de circulación, presencia de ligandos, etc. Es importante que las
nanopartículas tengan un tamaño mayor de 10 nanómetros para evitar que sean eliminadas vía renal y que no estén cargadas
positivamente para evitar las interacciones no específicas con proteínas y células. Uno de los usos de las nanopartículas en
el tratamiento contra el cáncer es el encapsulamiento y reparto del fármaco. Presentan numerosas ventajas en este campo:
Pueden transportar una gran carga de fármaco. Mientras que una nanopartícula de unos 70 nanómetros puede transportar unos 2000 siRNA un conjugado con anticuerpos puede transportar solamente unas 10 moléculas de siRNA.
Además las moléculas del fármaco no alteran las propiedades de circulación y movilidad de la nanopartícula.
Las nanopartículas son partículas relativamente grandes por lo que pueden presentar múltiples ligandos lo que permite que se unan a distintos receptores celulares. Al ser grandes también pueden transportar moléculas grandes como
fármaco.
Al entrar en las células vía endocitosis y no por medio de transportadores de membrana, las nanopartículas son
efectivas en tumores con resistencia a fármacos debida a modificaciones en estos transportadores de membrana.
Desde hace tiempo se están empleando fármacos que actualmente
se consideran nanopartículas. Algunos ejemplos son los liposomas y
los nanocristales de moléculas de fármaco. Los liposomas se caracterizan por tener una elevada vida media de circulación en el organismo,
siempre que se encuentren estabilizados. Sin embargo no introducen el
fármaco en el interior de la célula y no tienen mecanismos de control
para la liberación del fármaco por lo que se suelen emplear para solubilizar el fármaco y permitir que se encuentre un mayor tiempo en el
organismo con el fin de que sea incorporado al tumor. Los nanocristales
de fármacos pueden suministrarse por vía oral pero tienen el inconveniente de que nunca alcanzan el torrente circulatorio. Los resultados
obtenidos con estas nanopartículas demuestran que pueden ser suministradas a los pacientes sin riesgo y que pueden potenciar la seguridad
y eficacia de otros fármacos. Sin embargo, nuevos diseños basados en
nanopartículas están consiguiendo obviar estos inconvenientes.
Se pueden diseñar nanopartículas que permanezcan un mayor tiempo circulando por el organismo de modo que puedan encontrar el tumor
y penetrar en él. De hecho partículas más pequeñas se acumulan con
mayor facilidad en los tumores que los liposomas que son de mayor
tamaño. Muchas de las nanopartículas que se encuentran actualmente
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en estudio presentan mecanismos para controlar la liberación del fármaco. Estos mecanismos se basan en la rotura de enlaces de unión entre la molécula del fármaco y la nanopartícula que la porta. Además algunos de los nuevos sistemas de
nanopartículas pueden entrar en la célula pudiendo actuar sobre tumores que con resistencia a fármacos establecida vía
modificaciones en transportadores de membrana, como es el caso de la nanopartícula IT-101 que es un polímero formado
por moléculas de ciclodextrina conjugado con camptotecina. La camptotecina actúa sobre las células tumorales inhibiendo
la enzima ADN topoisomerasa I.
Además del diseño de nanopartículas que se acumulen en
los tumores de forma pasiva, simplemente gracias a que pueden
atravesar los capilares que irrigan los tumores debido a su pequeño tamaño, se están diseñando también nanopartículas que
contienen ligandos específicos para receptores que se encuentran sobreexpresados en las células tumorales permitiendo de
este modo un reparto del fármaco más selectivo disminuyendo los posibles efectos secundarios.Uno de los ligandos que
más se emplean en el diseño de estas nuevas nanopartículas es la transferrina ya que el receptor para la transferrina se encuentra sobreexpresado en muchos tipos de cáncer.
Un ejemplo de este tipo de nanopartículas que incorporan
un ligando es la nanopartícula Ontak que es una proteína
de fusión formada por un fragmento de la toxina diftérica
y la interleuquina 2 (IL-2) por lo que se une a las células que expresan el receptor para la IL-2. Ontak ya ha sido aprobado por la Administración de Alimentos y Fármacos de Estados Unidos (FDA: Food and Drug Administration).
Conclusiones
Los últimos avances en el campo de la nanotecnología están permitiendo su aplicación en el diagnóstico temprano
y terapia de enfermedades tan complejas como el cáncer. Un mayor conocimiento de la enfermedad permitirá diseñar
nanopartículas con las características idóneas para su tratamiento. De hecho, incluso se considera la posibilidad del diseño
de nanopartículas lo suficientemente inocuas como para ser usadas como medida preventiva contra el cáncer.
Bibliografía
Nanotechnology and Cancer
(Ver página Web)
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Terapia antiviral con anticuerpos monoclonales
Resumen
Recientemente el desarrollo de anticuerpos monoclonales como terapia antiviral ha experimentado un gran avance.
En esta revisión se recogen los aspectos fundamentales del desarrollo de la terapia antiviral basada en anticuerpos monoclonales ofreciéndose una visión global del tema y abordando aspectos como las plataformas empleadas para la generación
de estos anticuerpos monoclonales, los mecanismos de aclaramiento de partículas víricas y células infectadas y el empleo
de este tipo de anticuerpos monoclonales en biodefensa y frente a pandemias víricas.
Introducción
A finales del siglo XIX se describió por primera vez el empleo de anticuerpos en el tratamiento de enfermedades víricas,
en concreto el posible uso de un suero procedente de una oveja convaleciente de difteria para el tratamiento y cura de una
niña enferma de difteria. Durante el siglo XX ya se estableció la práctica del suministro de inmunoglobulinas humanas
para la prevención y tratamiento de diversas enfermedades víricas como la hepatitis A, la B y la C, la rabia y la enfermedad
causada por el virus respiratorio sincitial entre otras.
A continuación se describen los aspectos generales de la terapia antiviral empleando anticuerpos monoclonales. El uso
de este tipo de anticuerpos frente a enfermedades víricas aún se encuentra bajo estudio y tan sólo un anticuerpo monoclonal
se encuentra actualmente aprobado para su uso como tratamiento antiviral (ver tabla). El reciente desarrollo en tecnologías
de cribado de anticuerpos, aislamiento y purificación de proteínas y modelado in silico augura un gran desarrollo en el
diseño y producción de anticuerpos monoclonales como tratamiento antiviral.
Estado actual
A lo largo de esta revisión se desarrollarán los siguientes aspectos:
Distintas plataformas empleadas para generar anticuerpos monoclonales
Mecanismos y modelos para la neutralización de los virus por parte de estos anticuerpos
Mecanismos de aclaramiento de virus y células infectadas en el organismo
Desarrollo de este tipo de anticuerpos en laboratorios comerciales y su empleo en laboratorios de investigación
Empleo de cócteles de anticuerpos monoclonales
El uso de anticuerpos monoclonales antivirales en biodefensa y defensa frente a pandemias víricas
Tecnologías para obtener anticuerpos monoclonales
El desarrollo y avance de tecnologías para la expresión y obtención de proteínas ha permitido la producción de anticuerpos monoclonales con el objetivo de poder ser empleados con fines terapéuticos.
La capacidad terapéutica de los anticuerpos radica en la alta afinidad y especificidad con la que se unen a los antígenos
que reconocen. Los anticuerpos monoclonales, además, generan respuestas muy reproducibles y suponen un producto
mucho más activo y potente que los policlonales.
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Actualmente se ha conseguido obtener anticuerpos monoclonales frente a virus de humanos mediante diversas tecnologías de expresión, aislamiento y purificiación de proteínas. Entre ellas están la expresión de fragmentos de anticuerpos
en la superficie de microorganismos, el empleo de ratones transgénicos capaces de sintetizar IgG humana o el aislamiento
de linfocitos B memoria de pacientes infectados.
Las técnicas de expresión en superficie emplean diversos microorganismos en los que promueven la expresión de cadenas sencillas de la zona variable de los anticuerpos, de fragmentos de unión a antígenos o incluso de dominios completos
de anticuerpos. Mediante sucesivos ciclos en los que los microorganismos se ponen en contacto con el antígeno frente
al cual queremos obtener los anticuerpos monoclonales podemos seleccionar aquellos microorganismos que expresen las
moléculas que reconocen el antígeno. Generalmente se emplea un esquema similar a una cromatografía donde el antígeno
queda inmovilizado sobre un soporte. Los microorganismos que expresen moléculas que reconozcan el antígeno quedarán
unidos al soporte. Posteriormente se recuperan los microorganismos obteniendo así las secuencias génicas que codifican
péptidos que reconocen el antígeno. Recientes estudios han comprobado que la obtención de anticuerpos neutralizantes
varía según el microorganismo en el que se induce la expresión. Este es el caso de estudios realizados para la obtención de
anticuerpos neutralizantes frente al virus HIV-1. En este caso al emplear levaduras como vector de expresión se obtuvieron
además del grupo de anticuerpos obtenidos previamente en experimentos con bacteriófagos un grupo igualmente numeroso
de anticuerpos neutralizantes nuevos. Este cambio en la expresión de anticuerpos neutralizantes según el microorganismo empleado sugiere que la eficiencia del plegamiento del anticuerpo, los procesos de maduración post-traduccional y la
accesibilidad del epítopo pueden influir en el reconocimiento del antígeno.
Los anticuerpos monoclonales humanos frente al coronavirus del síndrome respiratorio severo agudo (SARS-CoV:
Severe Acute Respiratory Syndrome CoronaVirus) y frente al virus de la rabia se consiguieron obtener utilizando otro
método diferente. En este caso se emplearon ratones transgénicos a los que se les había introducido el gen que codifica
una IgG humana que reemplazaba al gen original del ratón. Tras la inmunización del ratón con el antígeno deseado se
aislaban los linfocitos B del bazo para someterlos a un proceso de producción de anticuerpos monoclonales basado en la
generación de un hibridoma y la posterior selección de aquellos hibridomas que reconocían el antígeno. Otro método para
obtener anticuerpos monoclonales se basa en el empleo de linfocitos B memoria procedentes de pacientes infectados por
el virus. En este caso la inmortalización de los linfocitos se lleva a cabo empleando el virus de Epstein-Barr y de agentes
activadores de linfocitos B memoria policlonales como los oligonucleótidos CpG. Una vez inmortalizados se seleccionan
aquellos linfocitos B productores de anticuerpos reactivos frente al antígeno de interés. Esta técnica se ha empleado para
obtener anticuerpos monoclonales neutralizantes frente a los virus H5N1 de la gripe aviar y el virus SARS-CoV
La humanización de anticuerpos monoclonales de ratón aún se emplea para generar anticuerpos monoclonales humanos. Esta técnica se emplea especialmente cuando los anticuerpos de ratón presentan características antivirales interesantes o cuando los de humano son difíciles de conseguir. La humanización de un anticuerpo de ratón se consigue transifiriendo los residuos de la región CDR (Complementary Determining Region) de la región variable a una molécula de
anticuerpo monoclonal humano, obteniéndose finalmente una molécula de anticuerpo monoclonal humano con los residuos de la región CDR procedentes del anticuerpo de ratón. Con la humanización del anticuerpo se consigue conservar la
afinidad y la especificidad de unión del anticuerpo de ratón evitando el riesgo de inmunogenicidad, ya que se trata de un
anticuerpo humano.
Mecanismos y modelos para la neutralización de virus
La neutralización de un virus por un anticuerpo in vivo es un proceso complejo que implica la interacción del anticuerpo
con otras moléculas y células del organismo. La mayoría de los anticuerpos con actividad neutralizante in vitro también
presentan actividad in vivo. Puesto que la acción de estos anticuerpos en la defensa del organismo es un proceso muy
complejo, avances en el conocimiento del proceso permitirán un mejor diseño de estrategias antivirales.
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Los anticuerpos que tienen capacidad de neutralización de virus interfieren en alguno de los pasos comunes de la
infección viral. A pesar de la gran diversidad de virus, se puede definir un proceso de entrada del virus en la célula común a
todos ellos. Este proceso comienza con el reconocimiento y unión del virus a un receptor en la membrana de la célula que
va a infectar. Una vez que el virus entra en la célula libera su material genético en el citoplasma. En los virus con envuelta
lipídica la fusión de la envuelta viral con la membrana celular es un paso crucial en el proceso de entrada. En los virus sin
envuelta la entrada se produce gracias a la lisis parcial de la membrana celular o a la generación de una estructura similar
a un poro. Sea cual sea el mecanismo de entrada en todos ellos es crucial un cambio conformacional en las proteínas de
entrada de los virus. Este cambio conformacional necesita del reconocimiento del receptor celular por parte de proteínas
de superficie del virus, la unión con un correceptor y la exposición de distintas proteínas al ambiente ácido presente en la
ruta endocítica. Los anticuerpos monoclonales pueden inhibir la infección viral actuando a cualquier nivel en este proceso.
Recientemente se han conseguido anticuerpos monoclonales que actúan sobre cada uno de los niveles de este proceso
(Véase animación):
Bloqueando la proteína de superficie del virus que reconoce al receptor celular. Este es el caso de los anticuerpos
neutralizantes anti-gp120 que se unen específicamente a la zona de unión a CD4 de la proteína gp120 del virus HIV-1
Bloqueando el receptor celular como los anticuerpos frente a CD4 (receptor para el HIV-1)
Bloqueando el correceptor como los anticuerpos desarrollados frente a los correceptores CCR5 y CXCR4 del virus
HIV-1
Impidiendo la fusión del virus con la célula aunque se haya producido el reconocimiento y la unión al receptor y
correceptor. Se han conseguido anticuerpos que bloquean el cambio conformacional de la proteína gp41 de HIV-1
necesarios para la fusión de la envoltura vírica y la membrana celular. En el proceso de entrada del virus HIV-1 es crucial el cambio conformacional que sufre la gp41 para realizar la fusión de membranas. Este cambio conformacional
es promovido tras el reconocimiento y unión de gp120 a CD4 y posteriormente a CCR5 o a CXCR4
En caso de virus que entren en la célula vía endocitosis se han conseguido anticuerpos que impiden los cambios
conformacionales necesarios para la fusión de la envoltura vírica con la membrana del endosoma y la liberación de las
partículas víricas hacia el citoplasma celular. Un ejemplo son los anticuerpos que bloquean el cambio conformacional
de la hemaglutinina del virus de la gripe en el interior del endosoma.
Los anticuerpos monoclonales también pueden actuar bloqueando la liberación de la progenie vírica hacia el exterior
de la célula infectada para expandir la infección hacia otras células. De este modo actúan los anticuerpos monoclonales obtenidos frente a la neuraminidasa de superficie del virión A de la gripe que impiden que los viriones
salgan de la célula infectada.
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Existen varios modelos que intentan explicar los procesos de neutralización de los virus por parte de anticuerpos. El
modelo más sencillo, conocido como modelo “multi-hit”, propone que la neutralización del virus se lleva a cabo por la
unión de numerosas moléculas de anticuerpos que lo envuelven e inactivan, de modo que existe una relación lineal entre el
tamaño del virus y la cantidad de moléculas de anticuerpos necesarias para la neutralización. Es importante señalar que se
puede producir un incremento en la infección viral si el número de moléculas de anticuerpos que rodean al virus no es lo
suficientemente elevado como para promover la neutralización, ya que la unión del anticuerpo al virus puede favorecer la
entrada del virus en células como monocitos y macrófagos que tienen receptores para el dominio constante del anticuerpo.
Otro modelo, conocido como “modelo de unión al sitio crítico” propone que en el proceso de neutralización no influye
tanto el número de moléculas de anticuerpos que rodean al virus sino la unión de estas moléculas a determinados sitios que
se consideran clave para la infección vírica. Aún no existe acuerdo acerca de los mecanismos de neutralización por parte
de los anticuerpos y es posible que el proceso varíe según el tipo de virus.
Aclaramiento de los virus y de las células infectadas mediado por el sistema inmune
La unión de los anticuerpos a la superficie viral puede provocar la activación del complemento sobre la superficie
del virus produciéndose finalmente la lisis del virus o favoreciendo la fagocitosis por parte de los fagocitos que expresan
el receptor de la molécula del complemento C3b. La unión de los anticuerpos puede también favorecer la opsonización
de las partículas víricas que finalmente serán fagocitadas por los fagocitos vía receptor de la fracción constante de la
inmunoglobulina.
Las células infectadas por virus expresan proteínas del virus en su superficie que pueden también ser reconocidas por
anticuerpos. La unión de los anticuerpos promueve la citotoxicidad por células NK (Natural Killer) que puede producir la
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lisis de las células infectadas.
Actualmente se trata de aplicar la tecnología de anticuerpos monoclonales no solo directamente contra virus o células
infectadas sino contra inhibidores de la respuesta inmune frente a virus. Este es el caso de los anticuerpos frente al receptor
de TNF (Tumor Necrosis Factor). Este receptor se expresa en varios tipos de células T incluyendo células T reguladoras
y efectoras y puede disminuir la actividad de las células T efectoras en respuesta a antígenos virales. Se han obtenido
anticuerpos monoclonales frente a este receptor que impiden la replicación del virus bloqueando la acción inhibitoria
que ejerce sobre las células T efectoras. Los anticuerpos monoclonales tienen un gran potencial en la modulación de la respuesta inmune frente a virus pero es necesario llevar a cabo estudios apropiados y conocer en profundidad el proceso antes
de plantear y diseñar terapias empleando estas moléculas ya que pueden producir efectos muy globales difíciles de predecir.
Desarrollo comercial de anticuerpos monoclonales
En la tabla se recogen los anticuerpos monoclonales que se encuentran actualmente bajo estudio como fármacos. En el
desarrollo de un anticuerpo monoclonal con efecto antiviral es importante distinguir tres tipos de virus:
Virus que producen daños graves en los tejidos a los que infectan. Las infecciones por este tipo de virus deben ser
tratadas rápidamente para la supervivencia del hospedador. A este tipo de virus se les conoce como virus citopáticos
agudos.
Virus que pueden permanecer latentes durante un tiempo y que al reactivarse se comportan de modo similar a los
anteriores. Son los “virus citopáticos con reactivación latente” y un ejemplo es el virus del Herpes.
Virus que apenas presentan efectos citopáticos pudiendo permacener en el hospedador durante toda su vida.
Actualmente se encuentran en desarrollo anticuerpos monoclonales frente a virus de los tres tipos. Por ahora el único
aprobado por la FDA (US Food and Drug Administration) es el palivizumab. Se trata de un anticuerpo frente a la glicoproteína F del virus RSV (Respiratory Syncytial Virus) o virus respiratorio sincitial que es un virus citopático. El palivizumab
se emplea como medida profiláctica en grupos de niños de alto riesgo. Más ejemplos de anticuerpos monoclonales frente a
virus citipáticos quedan recogidos en la tabla.
En la tabla también se recoge información sobre anticuerpos dirigidos frente a virus citopáticos con reactivación latente
como el citomegalovirus, el virus de la varicela zoster y el virus Epstein-Barr. Los estudios del uso del fármaco Rituximab
(anticuerpo frente a CD20) para el tratamiento de la infección por virus de Epstein-Barr se encuentran en fase 2. El uso de
este mismo anticuerpo para el tratamiento de la artritis reumatoide y del linfoma no Hodgkin ya está aprobado.
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El desarrollo de anticuerpos frente a virus del tercer grupo (apenas citopáticos) es el más extenso centrándose principalmente en el desarrollo de anticuerpos frente al virus HIV-1 y el virus de la hepatitis C. El anticuerpo que se encuentra
en un estado más avanzado de desarrollo es el TNX-355 que actúa frente a CD4 y se encuentra en fase 2 de los ensayos
clínicos frente al HIV-1. Este anticuerpo y dos más que actúan frente al receptor CCR5 son del subtipo IgG4. La fracción
constante de IgG4 interacciona débilmente con las moléculas del complemento y con los receptores para la fracción constante expresados en distintas células del sistema inmune. El uso de IgG4 permitiría bloquear la unión del virus HIV-1 sin
provocar la eliminación de las células que expresan CD4 o CCR5 por medio de los mecanismos descritos previamente en
el apartado de “Aclaramiento de los virus y de las células infectadas mediado por el sistema inmune”.
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Investigación sobre anticuerpos monoclonales frente a virus de
humanos en laboratorios de investigación
Actualmente hay un gran interés en el desarrollo de anticuerpos monoclonales frente a virus de humanos. En todo el mundo podemos encontrar más de 30 laboratorios de
investigación trabajando en más de 20 virus diferentes para
el desarrollo de anticuerpos monoclonales frente a virus humanos. La mayor parte de esta investigación se centra en
el aislamiento y caracterización de anticuerpos neutralizantes
frente a proteínas de la envuelta. En muchos casos los anticuerpos descubiertos se emplean en investigación para entender mejor los mecanismos de entrada del virus y su neutralización, aunque también pueden ser empleados para detectar y
caracterizar epítopos neutralizantes en las proteínas de la envuelta.
Cócteles de anticuerpos monoclonales
Estudios con virus de la hepatitis B y con el virus respiratorio sincitial han demostrado los efectos sinérgicos o aditivos
de emplear varios anticuerpos monoclonales neutralizantes a modo de cóctel. Empleando este tipo de aproximación se
eliminan algunos riesgos derivados de emplear un sólo anticuerpo monoclonal. Por ejemplo, según el modelo “multi-hit”
de la neutralización de las partículas víricas es crucial que se alcance una densidad crítica de anticuerpos neutralizantes
rodeando la partícula vírica. En muchas ocasiones es muy difícil conseguir esta densidad empleando anticuerpos frente a un
sólo epítopo mientras que se puede conseguir más fácilmente empleando un cóctel de anticuerpos frente a varios epítopos.
En muchos casos puede ocurrir que el epítopo frente al que va dirigido el anticuerpo monoclonal no se encuentre
conservado en todas las cepas del virus, e incluso si se encuentra conservado puede ocurrir que el virus sufra mutaciones
puntuales que le permitan escapar a la acción del anticuerpo. Empleando cócteles de varios anticuerpos monoclonales
dirigidos a varios epítopos podemos asegurar la acción antiviral aunque ocurra alguna de estas variaciones.
Un cóctel de anticuerpos monoclonales frente al virus de la rabia se encuentra actualmente en fase I. Se trata de un
cóctel frente a los epítopos CR57 y CR4098. Los anticuerpos monoclonales que actúan frente a cada uno de los epítopos
también actúan frente a los mutantes del epítopo complementario. De hecho, tras numerosos estudios de neutralización,
aún no se han conseguido aislar virus tras el tratamiento in vitro con este cóctel.
Terapias con anticuerpos monoclonales antivíricos en biodefensa y epidemias víricas
Una de las principales ventajas de la terapia antiviral basada en anticuerpos monoclonales es la larga vida media que
presentan los sueros empleados. En varios estudios con animales se ha demostrado la eficacia del tratamiento contra la
infección cuando se aplicaba una sola dosis antes de la infección (a modo de profilaxis) o tras el inicio de la infección.
La posibilidad de desarrollar terapias donde sólo se requiere la aplicación de una dosis de fármaco sería muy útil en el
tratamiento de enfermedades respiratorias citopáticas como la gripe aviar por el virus H5N1 o el síndrome respiratorio
agudo severo causado por el coronavirus SARS-CoV.
La inmunoterapia basada en anticuerpos monoclonales también podría ser empleada frente a epidemias víricas. En el
caso de una epidemia causada por un virus respiratorio se podrían desarrollar estrategias de acción que comenzasen por el
tratamiento de individuos de alto riesgo con el objetivo de proporcionarles protección inmediata frente al virus mientras
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generan una respuesta antiviral propia o reciben otro tratamiento antiviral. Otras estrategias para controlar la epidemia,
como la inmunización de todos los individuos que viven en el área próxima al lugar de inicio, se podrían aplicar para
reducir la transmisión del virus.
Conclusiones
El rápido desarrollo de tecnologías de cribado y aislamiento de anticuerpos está permitiendo un gran avance en el
desarrollo de anticuerpos monoclonales con acción antiviral. Combinando este tipo de técnicas con tecnologías de mutagénesis y tecnologías de modelado in silico de las propiedades de unión y afinidad de los anticuerpos a desarrollar se pueden
conseguir resultados aún mejores de los que se han conseguido hasta el momento.
Los principales objetivos que se intentan alcanzar en esta nueva etapa del desarrollo de la terapia antiviral empleando
anticuerpos monoclonales son el desarrollo de anticuerpos monoclonales con mayores capacidades neutralizantes frente a
una mayor diversidad de cepas y la modulación de la respuesta inmune adaptada a cada tipo de infección viral mediante la
ingenierización de los distintos dominios de los anticuerpos.
Bibliografía
The growth and potential of human antiviral monoclonal antibody therapeutics.
(Ver página Web)
Traduciendo descubrimientos moleculares a nuevas terapias para la arterioesclerosis
Resumen
La arterioesclerosis se caracteriza por un engrosamiento de la pared arterial. La arterioesclerosis es la principal causa de
la enfermedad coronaria y cerebrovascular, dos de las causas más comunes de enfermedad y muerte en el mundo. Mediante
ensayos clínicos se ha confirmado que ciertas lipoproteínas y el sistema renina-angiotensina-aldosterona son importantes en
la patogénesis de la enfermedad cardiovascular ateroesclerótica y que actuaciones sobre estos factores producen beneficios
demostrados. Nuevas iniciativas orientadas a entender cómo factores de riesgo como la hipertensión, la disregulación de
lípidos en sangre y la diabetes contribuyen en la patología ateroesclerótica y también a entender la patogénesis de las placas
ateroescleróticas a nivel molecular, están permitiendo descubrir nuevas dianas terapéuticas.
Introducción
Durante el establecimiento de la ateroesclerosis la pared arterial sufre un engrosamiento gradual que acaba con la
formación de la placa ateroesclerótica que produce el estrechamiento del lumen de la arteria. Consecuentemente se reduce
el aporte sanguíneo a los órganos. Esta reducción es especialmente dramática por su repercusión en el caso del corazón y
del cerebro. Las placas pueden romperse bruscamente causando la formación de un coágulo que muchas veces es la causa
subyacente del infarto de miocardio y del accidente cerebrovascular. La iniciación y la progresión de la lesión son procesos
muy complejos existiendo aún muchos aspectos desconocidos de la aterogénesis. Además, los nuevos hallazgos deben
traducirse a nuevas aproximaciones terapéuticas y muchas veces este paso es complicado. En esta revisión se discuten los
avances de investigación más interesantes dentro del tema de la arterioesclerosis, resaltando especialmente aquellos con
implicaciones terapéuticas. Actualmente existen 2 aproximaciones conceptuales a la terapia de la arterioesclerosis: por un
lado la manipulación del metabolismo de las lipoproteínas plasmáticas y del metabolismo celular del colesterol y por otro
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la manipulación de los procesos inflamatorios. Aquí se discuten ambas aproximaciones y también otros nuevos tipos de
terapia. También se analiza cómo los estudios de asociación a escala de genoma están influyendo en este tema.
Estado actual
La evidencia más convincente para elegir un gen como diana terapéutica es encontrar una asociación basada en pura
genética mendeliana entre ese gen y un mayor riesgo de padecer la enfermedad. Ese es el caso de la hipercolesterolemia
familiar homocigota que está causada por una mutación en el gen que codifica el receptor de la LDL. Esta observación
lleva directamente a pensar que la elevada concentración de colesterol LDL en plasma puede causar ateroesclerosis. Esta
observación también condujo a la idea de que incrementar la expresión de receptores para LDL reducirá la concentración
de LDL en sangre y reducirá por tanto el riesgo de padecer arterioesclerosis.
Recientemente se ha identificado una mutación en el gen de la LRP6 (proteína 6 relacionada con el receptor de la LDL)
como responsable de la enfermedad coronaria prematura que es autosómica dominante y se acompaña de características
del síndrome metabólico caracterizado por hiperlipemia, hipertensión y resistencia a la insulina.
Genes candidatos a dianas terapéuticas suelen testarse genotipando grandes cohortes de pacientes y examinando si
existen SNPs específicamente asociados con la arterioesclerosis. Recientemente los estudios de asociación a escala de
genoma están permitiendo descubrir nuevos genes asociados a la arterioesclerosis y a sus factores de riesgo.
También se están realizando estudios en ratones transgénicos para identificar y validar nuevas dianas terapéuticas y para
investigar en profundidad en los mecanismos de establecimiento de la enfermedad arterioesclerótica. Sin embargo están
surgiendo dudas sobre el modo en que se realizan los estudios en ratón y en la validez de su extrapolación al hombre.
Metabolismo de las lipoproteínas.
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Es un punto clave en la intervención contra la arterioesclerosis. Un conjunto de iniciativas se centran en la LDL y otro
en la HDL.
Estudios tanto en animales como en humanos han demostrado que es necesario que se acumulen lipoproteínas que
contienen apoB, como la LDL, para el establecimiento de la arteriosesclerosis. Las estatinas reducen la biosíntesis de
colesterol y aceleran el aclaramiento por el hígado de la LDL del plasma. Las estatinas han sido uno de los grandes éxitos
de la medicina traslacional que ha impulsado posteriores iniciativas orientadas a descubrir los mecanismos moleculares que
rigen la concentración de LDL en plasma. El número de receptores de LDL presentes en los hepatocitos es un factor clave
pero la regulación de la concentración de LDL es un proceso muy complejo. Así, por ejemplo, la enfermedad de la hipercolesterolemia autosómica recesiva está causada por una alteración en los mecanismos de reciclaje del receptor de LDL.
Estudios genéticos de asociación han descubierto que mutaciones en el gen que codifica la PCSK9 (Proprotein Convertase
Subtilisisn/kesin 9) se asocian a una forma de hipercolesterolemia autosómica dominante. Un estudio independiente también encontró que ratones con una dieta elevada en colesterol tenían una expresión reducida de Pcsk9 en hígado y que por el
contrario la sobreexpresión hepática de este gen causaba una marcada hipercolesterolemia. Estudios posteriores mostraron
que la PCSK9 se une a los receptores de LDL llevándolos a una ruta de degradación impidiendo su reciclaje. Las estatinas
aumentan la PCSK9 con lo que esto podría ser la explicación de que en algunos casos los tratamientos con estatinas no
tengan el efecto deseado. Por todo esto PCSK9 es una diana terapéutica muy atractiva para reducir las concentraciones de
colesterol LDL.
Las VLDL ( Very Low Density Lipoproteins) son las proteínas precursoras de las LDL y están muy elevadas a nivel
hepático en individuos con resistencia a la insulina, con diabetes tipo 2 y con hiperlipemia familiar combinada. Mutaciones
en la apoB, proteína estructural clave en la VLDL y LDL, causan disminución en la concentración de LDL y mutaciones
en la MTP (triglyceride transfer protein), que es necesaria para cargar triglicéridos en la apoB, causan ausencia de LDL en
plasma. Están en desarrollo estrategias terapéuticas basadas tanto en la inhibición de la producción de apoB con oligonucleótidos antisentido como en la inhibición de la MTP con moléculas pequeñas.
Estudios de asociación a escala de genoma probablemente descubrirán nuevas dianas para reducir la concentración de
LDL.
Existe otro conjunto de iniciativas centradas en la HDL ya que su concentración es inversamente proporcional al riesgo
de padecer arterioesclerosis. En animales la infusión de apoA-I, el mayor componente de la HDL, reduce la extensión
de la ateroesclerosis. Existen 2 ensayos clínicos en humanos basados en este hecho que parecen estar teniendo resultados
positivos.
Se detectó que la causa de la elevada concentración de HDL en algunos japoneses se debía a la deficiencia de CETP
(Cholesteryl Ester Transfer Protein). Esto inició la persecución de tratamientos basados en la inhibición de esta enzima. El
primer producto ensayado, el torcetrapib, fracasó porque, además de inhibir la enzima CETP, aumentaba la presión arterial
y la concentración de aldosterona. Se están iniciando estudios basados en la inhibición de la lipasa endotelial que rompe la
HDL. Estudios a escala de genoma pueden descubrir nuevas dianas terapéuticas.
El mecanismo mejor establecido por el que la HDL protege de la ateroesclerosis es favorecer el proceso denominado
trasporte reverso del colesterol, que lo lleva desde los macrófagos hasta el hígado para ser excretado por la bilis. Las
proteínas ABCA1 y ABCG1 intervienen en este proceso. El LXR (Liver X receptor), que es un receptor nuclear que
se estimula por derivados oxidados del colesterol, estimula la transcripción de ABCA1 y ABCG1. LXR es una diana
terapéutica de varias iniciativas centradas en el aumento del transporte reverso de colesterol.
La HDL tiene otras propiedades que podrían intervenir en su capacidad anti-aterogénica. Entre ellas su capacidad de
activar la NOS3 (Nitric oxide Synthase 3), su efecto antiinflamatorio in vitro e in vivo y su capacidad de unirse a los
lipopolisacáridos de la pared bacteriana. Los componentes proteicos de la HDL también han sido utilizados como dianas
terapéuticas.
Procesos inflamatorios
La inflamación es crucial en el desarrollo de las placas ateroescleróticas. Los tres puntos relacionados con la inflamación
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en los que se centran las posibles terapias contra la arterioesclerosis son:
Lípidos activos
Sistema renina-angiotensina-aldosterona
Procesos celulares
Las prostaglandinas son lípidos activos que son clave en el proceso de la inflamación. El efecto cardioprotector de la
aspirina parece deberse a la inhibición de COX1 en las plaquetas. COX1 es una isoenzima de la ciclo-oxigenasa que lleva
a cabo el primer paso de la síntesis de las prostaglandinas a partir del ácido araquidónico. Sin embargo, inhibidores selectivos de COX2, la otra isoenzima de la ciclo-oxigenasa, producen un efecto contrario, aumentando el riesgo de accidentes
aterotrombóticos. Este efecto parece deberse a la inhibición de la síntesis de la prostaciclina PGI2 que es ateroprotectora en
ratones. La prostaglandina E2 parece tener un efecto promotor de aterosclerosis. El conocimiento exhaustivo y completo de
este complejo network de la inflamación en el que las prostaglandinas parecen jugar un complicado papel probablemente
abra nuevas vías de intervención en el proceso arteriosclerótico.
Los leucotrienosson otra familia de lípidos activos importantes en la inflamación. Se ha demostrado por estudios
de asociación que el gen ALOX5AP se asocia con el riesgo de infarto de miocardio. Este gen codifica la enzima FLAP
importante en la ruta 5-LO-LTB4. Inhibición de esta ruta es otro punto de intervención en la terapéutica de la ateroesclerosis.
Los fosfolípidos oxidados son otros lípidos activos proinflamatorios que se han involucrado en la aterogénesis. Enzimas
como mieloperoxidasas y fosfolipasas son, por tanto, también punto de atención en el desarrollo de nuevas terapias de la
ateroesclerosis.
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También se ha encontrado que la inmunización con formas oxidadas de LDL produce una respuesta beneficiosa mediada
por el anticuerpo natural T15. Esta es otra posible vía terapéutica a investigar.
Sistema renina angiotensina
Este sistema es crucial en la determinación de la tensión arterial y su importante papel en la arterioesclerosis ha sido
demostrado en animales y en humanos. Recientes líneas de evidencia parecen indicar que su efecto pro-aterogénico no es
únicamente debido al aumento de la tensión arterial. Aunque ya existen tratamientos basados en la inhibición de enzimas
de este sistema, entender nuevas vías de acción no directamente relacionadas con la tensión arterial puede abrir nuevas
líneas de investigación que permitan nuevas estrategias terapéuticas.
Procesos celulares en la lesión Las moléculas de adhesión de las células endoteliales de la lesión son fundamentales
en la evolución del proceso aterogénico, ya que reclutan leucocitos y células fundamentales en el proceso. Bloquear estas
moléculas de adhesión es otra estrategia terapéutica posible.
La células endoteliales son capaces de detectar el flujo turbulento y parece que el factor de Kruppel-like factor 2 es
fundamental en la transducción de esta señal. Este factor es otra posible diana terapéutica.
El reclutamiento de monocitos al lugar de la lesión, que luego se diferenciarán a macrófagos, es otro proceso clave en el
establecimiento de la lesión arterioesclerótica. Ser capaces de bloquear de forma selectiva el tipo de monocitos que acuden
a la lesión es muy importante para poder evitar la formación de la placa aterosclerótica. Ly6C, CCR2 y CX3CR1 parecen
ser los marcadores de superficie de esta subpoblación de monocitos.
Estudios de asociación basados en SNPs han proporcionado evidencias de que los TLRs (Toll-like Receptors) son
importantes en la arteriosclerosis humana. Si es viable la intervención a este nivel es otra línea de investigación en la que
incidir.
Las células dendríticas y la señalización vía CCR7 parecen ser otro punto de intervención my prometedor para conseguir
la regresión de las lesiones.
La posibilidad de la terapia celular es otra vía terapéutica que está suscitando interés.
Trombosis asociada a la ateroesclerosis
La aparición de procesos agudos como el infarto de miocardio o el accidente cerebrovascular dependen de la formación
de trombos oclusivos. El proceso de formación de un trombo puede desencadenarse por ruptura de la lesión ateroesclerótica
y exposición del material trombogénico o por erosión de la capa fibrosa que delimita la lesión.
En la ruptura de la placa parecen intervenir las enzimas denominadas metaloproteinasas de la matriz (MMP : Matrix
MetaloProteinases). En concreto la MM9 producida por macrófagos es la más frecuentemente detectada. Su importancia
en la ruptura de la placa se ha comprobado en ratón. También han sido involucradas las catepsinas, proteasas lisosomales
capaces de degradar elastina y colágeno aún al pH neutral de la matriz extracelular.
También parece que los procesos de necrosis y apoptosis que tienen lugar en la lesión ateroesclerótica, tanto en macrófagos como en células de músculo liso, aumentan el riesgo de ruptura de la placa. El papel de la muerte celular en los distintos
estadíos de la lesión no se conoce con exactitud y es un área importante para futuras investigaciones.
Genética de la ateroesclerosis en humanos
La enfermedad cardiovascular por arterioesclerosis se agrupa en familias y tienen un fuerte componente genético pero
determinar los genes involucrados no es tarea fácil. Estudios en familias con enfermedad coronaria prematura sólo descubrieron al gen LRP6 como posiblemente involucrado. Recientemente los estudios de asociación a escala de genoma están
permitiendo detectar nuevos genes involucrados en estas complejas patologías. Así se han identificado los genes CDKN2A
que codifica la enzima INK4A y el gen CDKN2B que codifica a INK4B. Ambas proteínas son miembros de la familia INK4
que son supresores del ciclo celular donde regulan el paso de G1 a S. Además tienen un papel en la inhibición de crecimiento
mediada por el TGF-beta que parece ser un proceso implicado en la ateroesclerosis. Similares estudios han mostrado que los
genes PSRC1, MIA3 y SMAD3 que codifican reguladores del crecimiento celular están significativamente asociados con el
riesgo de padecer infarto de miocardio. Otro gen detectado como asociado al riesgo de infarto ha sido la chemoquina CXCL12 que juega un papel en la movilización, ŞhomingŤ y diferenciación de los progenitores vasculares en respuesta al daño
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vascular.
Otro gen relacionado parece ser el que codifica la proteína metilentetrahidrofolato-deshidrogenasa 1-like, aunque aún su posible conexión
con el riesgo a infarto no se conoce.
Los genes que codifican las proteínas apoE, ABCA1, aopA-V,
CETP, lipoprotein-lipasa y lipasa hepática se han detectado como asociados a síndromes con afectación de las concentraciones de lípidos.
Un SNP que afecta al gen de la GCKR que codifica un regulador de la
glucoquinasa tiene una asociación altamente significativa con la concentración de triglicéridos. La glucoquinasa es la primera enzima de la
vía glicolítica y podría afectar a la síntesis de triglicéridos. Tres estudios de asociación a escala de genoma posteriores en torno a la diabetes
encontraron que tanto el gen ANGPTL3, que codifica la angiopoyetinalike 3 que afecta al metabolismo de los triglicéridos en ratón, como el
gen MLXIPL que codifica un factor de transcripción que conecta el
flujo hepático de carbohidratos con la síntesis de ácidos grasos están
relacionados con la concentración de triglicéridos. Los genes CELSR2,
PSRC1, SORT1, CILP2, PBX4, TRIB1 parecen asociarse con la concentración de colesterol-LDL. El gen SORT1 paralelamente fue detectado en estudios de asociación con infarto de miocardio como posible
gen involucrado. Este gen codifica la sortilisina 1 que es un receptor multiligando de superficie. El gen GALNT2 que
codifica la N-acetil-galactosaminil-transferasa 2, que es una enzima involucrada en la O-glicosilación se encontró como
asociado a la concentración del colesterol- HDL.
Todos estos genes detectados como asociados a la arterioesclerosis y a sus factores de riesgo son posibles nuevas dianas
terapéuticas sobre las que iniciar nuevas líneas de investigación en el tratamiento y prevención de la arterioesclerosis.
Conclusiones
La arterioesclerosis ha sido objeto de una intensa investigación tanto básica como aplicada que ha resultado en un
avance sustancial en el conocimiento de la patogénesis de la enfermedad a nivel molecular. Esto ha conducido al desarrollo de terapias eficaces como por ejemplo la reducción en plasma de lipoproteínas aterogénicas utilizando estatinas, o el
bloqueo de la actividad del sistema renina-angiotensina con los inhibidores ACE o los bloqueantes de receptores de angiotensina. La integración de resultados de estudios de biología celular, fisiología animal, genética humana y de terapéutica
basada en mecanismos permitirá seleccionar la nueva generación de dianas terapéuticas. El colesterol LDL y la presión
arterial seguirán siendo indicadores aceptables para medir la eficacia de algunos nuevos fármacos pero es probable que
algunas nuevas terapias necesiten nuevos indicadores de eficacia. Nuevos biomarcadores y nuevas técnicas no invasivas
de visualización (imaging) serán necesarias para mejorar los ensayos clínicos de nuevas terapias. La gran inversión de la
comunidad biomédica en la investigación multidisciplinar sobre la arteriosclerosis permite aventurar la aparición de nuevas
terapias tanto para la prevención como para el tratamiento de la arterioesclerosis.
Bibliografía
Translating molecular discoveries into new therapies for atherosclerosis
(Ver página Web)
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Autofagia y enfermedad
Resumen
La autofagia o autodigestión celular es una ruta implicada en la degradación de proteínas y orgánulos que puede
ser importante en la patogenia de algunas enfermedades. Disfunciones en el proceso de autofagia se asocian con cáncer,
neurodegeneración, infección y envejecimiento. Paradójicamente aunque la autofagia es en principio un proceso protector
de la célula puede también jugar un papel en la muerte celular. El conocimiento profundo de este proceso puede abrir
nuevas líneas de investigación hacia la mejora de la salud humana.
Introducción
A primera vista no parece lógico que un proceso de autodigestión pueda ser beneficioso pero en casos de falta de
nutrientes la célula se ve obligada a utilizar sus propios recursos para sobrevivir. Así, por ejemplo, en la vida diaria en
los períodos de ayuno entre las comidas la autofagia se activa en el hígado para mantener sus funciones metabólicas.
Existen varios tipos de autofagia entre los que se encuentran la macroautofagia, la microautofagia y la autofagia mediada
por chaperonas (CMA: Chaperone Mediated Autofagia). En la microautofagia se fagocitan grandes estructuras celulares
a través de mecanismos selectivos mientras que en la macroautofagia se fagocitan de forma no selectiva. La autofagia
mediada por chaperonas es responsable de la degradación selectiva únicamente de proteínas solubles. Resulta vital que
exista una fina regulación de los procesos de autofagia dentro de la célula.
La identificación de genes relacionados con la autofagia y la aparición de nuevos métodos de monitorización de los
procesos de autofagia permitirá avanzar en el conocimiento de este importante proceso celular.
Estado actual
A continuación vamos a analizar el papel de la autofagia en la supervivencia celular, en la neurodegeneración, en la
respuesta inmune, en el cáncer y en el envejecimiento. Entender su participación en estos procesos puede abrir nuevas vías
de intervención en múltiples enfermedades.
Autofagia en la supervivencia y la muerte celular
La autofagia aumenta la supervivencia celular en estados de deprivación de nutrientes o de factores de crecimiento, de
estrés del retículo endoplásmico, de desarrollo, de infección microbiana y de enfermedad por acumulación de agregados
de proteínas. En general esta función es beneficiosa, pero en algunos estados tumorales es potencialmente perjudicial.
El estrés metabólico es común en el microambiente tumoral y la mayoría de los agentes quimioterápicos inducen estrés
celular, lo cual aumentaría la autofagia y, como consecuencia, podría aumentar la supervivencia celular. Esto justifica la
intensa investigación que se está desarrollando en esta área ya que podría ser crucial bloquear la autofagia para conseguir
una eliminación total de las células tumorales.
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No es fácil discernir hasta qué punto la autofagia resulta en un balance positivo o negativo de la supervivencia celular.
Experimentos bloqueando genes asociados con la autofagia parecen acelerar la muerte celular pero, sin embargo, existen
excepciones como la activación descontrolada de la proteína Beclin 1, involucrada en la autofagia, que produce un aumento
de la muerte celular. Esto puede deberse a una activación de la apoptosis o a una degradación masiva de contenido citoplásmico. Las interrelaciones entre la autofagia, que funciona primariamente como mecanismo de supervivencia celular y
la apoptosis, que es una ruta que conduce inevitablemente a la muerte celular, son complejas. Los dos mecanismos son
regulados por factores comunes, comparten componentes y se influyen uno a otro. Muchas señales de activación de apoptosis inducen también autofagia y existen señales que inhiben ambos procesos. Hasta ahora los intrincados mecanismos
moleculares entre ambos están aún por completar.
Neurodegeneración
Cada vez aparecen más evidencias que demuestran que existen alteraciones en los procesos de autofagia en muchas enfermedades neurodegenerativas. A continuación nos centraremos en enfermedades en cuya patogenia ya se ha demostrado
una relación con la autofagia.
La autofagia ocurre a nivel basal y es clave para llevar a cabo el “control de calidad” intracelular. La demanda de
autofagia basal depende del tipo de tejido. Es especialmente necesaria en tejidos en los que las células no se dividen tras la
diferenciación como es el caso de células hepáticas, neuronas o miocitos. Los requerimientos de autofagia son aún mayores
en los estados de enfermedad. Estudios recientes demuestran que la degradación de proteínas mutadas que se generan
en muchas enfermedades neurodegenerativas es muy dependiente de la autofagia. Entre ellas las proteínas conteniendo
secuencias de poliglutamina causantes de enfermedades como el Huntington o la ataxia espinocerebelosa y las formas de
alfa-sinnucleina que causan el Parkinson familiar. La autofagia mediada por chaperonas también participa en la degradación
de la alfa-sinnucleína pero las formas mutadas bloquean el receptor lisosomal inhibiendo este tipo de autofagia. Esto resulta
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en un aumento compensador de la macroautofagia que hace que las células sean más sensibles al estrés.
Los experimentos disponibles demuestran que la autofagia es beneficiosa en la prevención de la neurodegeneración pero
aún hay puntos por aclarar en los mecanismos de esta prevención. Una hipótesis propone que la autofagia elimina agregados
de proteínas y cuerpos de inclusión de una manera directa. Un posible mediador de esto podría ser p62/sequestosoma-1.
En la enfermedad de Alzheimer se han observado alteraciones en los procesos de autofagia. Una hipótesis propone que
existe un flujo alterado en el proceso autofágico. En las neuritas distróficas que aparecen en el Alzheimer parece producirse
una acumulación de estructuras de tipo autofagosomas que no acaban de madurar hacia autolisosomas, porque no se unen a
lisosomas. Además el amiloide beta (Abeta) puede producirse en estas estructuras ya que contienen las proteasas necesarias
para su producción en los restos de retículo endoplásmico secuestrado que contienen.
Es razonable pensar que la autofagia es una prometedora diana terapéutica para algunas enfermedades neurodegenerativas. Así, se ha demostrado en modelos en Drosophila y ratón que la estimulación de la autofagia mediante inhibidores de
la proteína TOR protege de la neurodegeneración que se produce en los modelos de enfermedades por poliglutaminas.
Inmunidad innata y adaptativa
La eliminación de organismos intracelulares similares a organelas celulares es un reto para las rutas degradativas que sólo
puede afrontar la autofagia. La misma maquinaria de la autofagia se utiliza también para la degradación de microorganismos intracelulares denominándose este proceso xenofagia. Recientes estudios parecen indicar que la autofagia es también
muy importante para suministrar material antigénico de patógenos al sistema inmune innato y adaptativo.
La diana de la xenofagia pueden ser bacterias extracelulares que invaden el espacio intracelular, bacterias y parásitos
citosólicos, fagosomas, vacuolas que contengan patógenos o viriones recién sintetizados que invadan el citoplasma celular.
La xenofagia está aún menos estudiada que la autofagia clásica y así, por ejemplo, no se sabe aún si las membranas que
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engloban a los microorganismos tienen una biogénesis similar o diferente a la de los autofagosomas, o qué mecanismos
gobiernan el reconocimiento de los microbios por la maquinaria autofágica.
La autofagia se requiere para que los ácidos nucléicos alcancen los receptores endosómicos TLR-7 y para que ciertos
antígenos virales sean presentados por clase II. La interrelación entre sistema inmune y autofagia es bidireccional ya que
también mediadores tanto de la inmunidad innata como de la adaptativa estimulan la autofagia. Algunos patógenos han
desarrollado distintas estrategias para escapar de la autofagia. Algunos modulan las rutas de señalización que regulan la
autofagia o bloquean el tráfico vesicular que lleva a la fusión con lisosomas. Un ejemplo de la importancia de la autofagia
en la defensa antiviral es la necesidad de que se produzca un bloqueo de la proteína beclina 1, clave en la autofagia, por
parte de una proteína producida por el virus del herpes para que se produzca la encefalitis por herpes simple.
La autofagia también parece ser importante en el mantenimiento de la homeostasis de las células T, que es central en
el establecimiento de la tolerancia periférica y en la prevención de la autoinmunidad. Estudios de asociación realizados a
escala de genoma han demostrado que existe una asociación de los genes ATG16L1 y GTPase IRGM con la enfermedad
de Crohn, lo que indica la importancia de la autofagia en el establecimiento de enfermedades autoinmunes.
Cáncer
El cáncer es una de las primeras enfermedades que se relacionó con la autofagia. En el 40-75 % de los casos de cáncer de
mama, de ovario y de próstata se observa la pérdida de uno de los alelos del gen del inhibidor tumoral beclina 1. Ratones
con un bloqueo heterocigótico de la beclina 1 tienen la autofagia disminuida y tienen mayor tendencia a padecer linfomas,
carcinomas de pulmón, carcinomas hepatocelulares y lesiones mamarias precancerosas. Otros genes que refuerzan la actividad del complejo beclina1/PI3K (phosphatidylinositol 3-kinase) como el gen UVRAG (UltraViolet Resistance-Associated
Gene), el gen Ambral y el gen Bif-1 también parecen jugar un papel en la supresión de tumores. Otros genes que participan
en la autofagia (en general denominados genes ATG) como el gen ATG4c también ejercen efecto supresor de tumores.
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Esto lleva a pensar que, en conjunto, todas las proteínas que estimulan la autofagia pueden tener propiedades de inhibición
tumoral. Además, existen evidencias crecientes sobre la interrelación entre las rutas de señalización oncogénica y las de
la autofagia. Así oncogenes como class I PI3K, PKB, TOR o Bcl-2 inhiben la autofagia mientras que genes supresores de
tumores como p53, PTEN, DAPk o TSC1/TSC2 estimulan la autofagia. Todo esto sugiere que la autofagia es una verdadera
ruta supresora de tumores. Además estudios recientes parecen indicar que los genes de la beclina 1 y el gen atg5 funcionan
como guardianes de la integridad del genoma. Así se ha visto que células inmortalizadas con pérdida de uno o ambos alelos
de estos genes muestran daño en el ADN, amplificación de genes y aneuploidía, especialmente si existe isquemia, además
de elevada tumorigenicidad.
Aunque en la autofagia el efecto de aumentar la supervivencia celular suele estar contrapesado por su efecto supresor
de tumores existe debate sobre si la autofagia puede ser un proceso negativo en el tratamiento del cáncer con quimioterapia.
Existen ensayos clínicos en marcha en los que se bloquean procesos degradativos de autofagia durante la quimioterapia. Es
muy importante intervenir sobre la autofagia de una forma específica adaptada al contexto y a la fase de la enfermedad. Así,
por ejemplo, aumentar la autofagia puede ser beneficioso en la prevención de la formación del tumor y evitar su progresión
mientras que inhibir la autofagia puede ser ventajoso para promover su regresión completa.
Envejecimiento y longevidad
Una característica común del envejecimiento celular es la acumulación de proteínas y orgánulos dañados. Estos depósitos
alterados son especialmente negativos en las células diferenciadas que ya no se dividen como las neuronas o los miocardiocitos. La macroautofagia y la autofagia mediada por chaperonas (CMA) también disminuyen con la edad. Esto indica
que la autofagia es un proceso clave en el envejecimiento. Apoyando esta importancia existen modelos de ratón con la
autofagia alterada en los que el fenotipo de envejecimiento es dramático. En la misma dirección existen experimentos en
los que la restricción calórica reduce el envejecimiento probablemente debido a los bajos niveles de insulina que tienen
una acción inhibidora de la autofagia. Este estado de deprivación de nutrientes estimulador de la autofagia es también el
objetivo de algunos nuevos tratamientos anti-envejecimiento basados en fármacos anti-lipolíticos.
Conclusiones
En la pasada década se han producido tremendos avances en el conocimiento de los mecanismos moleculares involucrados en la macroautofagia incluyendo la identificación de muchos de los componentes de su maquinaria de proteínas. Por
el contrario es aún relativamente limitado el entendimiento de su regulación y de las complejas interrelaciones entre los
factores estimuladores e inhibidores de la macroautofagia. Profundizar en este conocimiento es necesario para poder manipular la autofagia con fines terapéuticos. El conocimiento de las otras formas de autofagia como la mediada por chaperonas
y la microautofagia es aún escaso.
Aunque la adaptación al estrés y a la deprivación de nutrientes es una función de la autofagia, la degradación de
componentes intracelulares puede ser la función más importante desde el punto de vista médico ya que parece involucrada
en la neurodegeneración, en enfermedades hepáticas y en miopatías. En relación al cáncer parece muy importante manejar
la autofagia según el estadío del proceso. Con respecto a la inmunidad la autofagia parece ser muy importante en la respuesta
frente a patógenos.
Aún no existen buenos modelos de ratón para estudiar el envejecimiento en los que se altere la autofagia en estado
ya adulto, como ocurre en la realidad, sino que los modelos de los que se dispone la tienen alterada desde el nacimiento.
Nuevos modelos pueden ayudar a profundizar en esa línea.
En resumen ha habido grandes avances con respecto a la autofagia pero existen aún muchas cuestiones por responder.
Estas respuestas permitirán manipular los complejos procesos de la autofagia para obtener nuevas terapias para importantes
enfermedades.
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Bibliografía
Autophagy fights disease through cellular self-digestion.
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Temas
Maduración del ARN mensajero
Resumen
Los procesos de transcripción y maduración que originan el ARN mensajero son procesos muy complejos en los que
intervienen un gran número de proteínas y factores de transcripción y de procesamiento. La maduración es un proceso
simultáneo, coordinado y regulado recíprocamente con el proceso de transcripción. La ARN polimerasa II es la enzima
encargada de la transcripción de genes que codifican proteínas. Su dominio CTD, se encarga de regular los procesos de
adición de la caperuza en el extremo 5’del ARNm y de la cola poliA en el extremo 3’. También regula los procesos de
splicing y splicing alternativo. Son estos tres procesos los que constituyen la maduración del ARNm. La caperuza en
5’y la cola poliA son estructuras básicamente protectoras. El splicing elimina los intrones del ARNm uniendo los exones
consecutivos y el splicing alternativo combina los exones de un gen de otra manera para obtener otras proteínas a partir de
un mismo gen.
Concepto
El dominio CTD se encuentra en el extremo carboxilo terminal de
la enzima ARN polimerasa II y consiste en una serie de repeticiones
en tándem de la secuencia de siete aminoácidos YSPTSPS que está muy conservada evolutivamente. El número de repeticiones varía
según la especie. En levaduras hay unas 26 repeticiones y en mamíferos puede haber hasta 52 repeticiones. Según estudios mutacionales el
número de repeticiones es fundamental para su función modificadora.
Sobre este dominio actúan e interaccionan una gran cantidad de proteínas con diferentes funciones. En levaduras se han descubierto más de
100 diferentes. Algunas de estas proteínas tienen actividad reguladora.
Existen quinasas que fosforilan la Ser2 y la Ser5 así como fosfatasas
que eliminan dichos fosfatos. También existen enzimas que cambian
los patrones de fosforilación como la peptidil-prolil isomerasa. Estas
modificaciones varían según avanza la transcripción de forma que la
proporción de residuos fosforilados Ser5/Ser2 es alta al sintetizar el
extremo 5’y baja al llegar al final 3’. Según el patrón de fosfatos que
haya se unirán unos factores u otros.
En un primer momento la ARN polimerasa II sintetiza el extremo
5’ del ARNm y en su dominio CTD se unen las enzimas guanilil transferasa y 7-metiltransferasa que van a sintetizar la caperuza en 5’. En
humanos la adición de la caperuza es previa a la fase de elongación de la transcripción y es un punto de regulación en el
proceso de transcripción.
El proceso de adición de la cola poliA requiere también la participación de una serie de factores que se van uniendo al
ARNm durante la síntesis del transcrito. Debe realizarse un reconocimiento especifico de la Ser2 fosforilada en el CTD y
de otros factores para realizar, por un lado el corte del ARN en la zona naciente cercana a la ARN polimerasa II, y por otro
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la adición de la cola poliA por la acción de la poliA polimerasa. El proceso de transcripción termina con el desensamblaje
del complejo formado alrededor de la ARN polimerasa II y la desintegración de un trozo de ARN sobrante que queda unido
a la enzima después del corte.
El proceso de splicing consiste en la eliminación de los intrones del pre-ARN. Para ello se forma un bucle con el trozo
a escindir, se corta ese trozo y se vuelven a conectar los extremos exónicos del ARNm. En este proceso participan una gran
cantidad de proteínas llamadas factores de procesamiento. Algunos de estos factores se unen directamente al ARNm y otros
interactúan entre sí. El ARNm y los factores de procesamiento constituyen el espliceosoma (spliceosome). El proceso de
splicing consiste en la eliminación de los intrones para obtener un ARNm maduro que se traduce a una proteína concreta.
El splicing alternativo va más allá y consiste en un reordenamiento de los exones, incluyendo en algunos casos la exclusión
de exones. El splicing alternativo permite codificar diferentes proteínas en un mismo gen. Así, por ejemplo, un mismo gen
de inmunoglobulinas puede codificar por splicing alternativo una inmunoglobulina de membrana y un anticuerpo secretado.
Tras un reconocimiento del patógeno, se produce un splicing alternativo que elimina el dominio de unión a membrana y
produce un anticuerpo secretado.
El proceso de splicing se realiza simultáneamente a la transcripción, pero puede continuar posteriormente. Esto depende básicamente de la velocidad de la síntesis de ARNm y del ensamblaje del espliceosoma y su actuación. Existen
factores, como el PGC-1 en humanos, que tiene una función doble modulando recíprocamente los procesos de splicing y de
elongación. La velocidad del proceso no es algo trivial. Estudios con mutantes lentos de la ARN polimerasa II han revelado
que la baja velocidad de esta enzima fomenta el splicing ya que deja tiempo suficiente para que interacciones más débiles
formen bucles en el ARNm.
Los mecanismos que actúan en los complejos procesos de splicing no están del todo esclarecidos. En humanos se ha
visto que del gen para la fibronectina (FN) se pueden obtener hasta 20 proteínas diferentes. En estos mecanismos parece
estar involucrada la familia de proteínas llamadas SR, ricas en los aminoácidos Ser y Arg que participan en los dos tipos
de splicing. También participa la familia de deaminasas ADAR que se encargan de editar el ARN. Existen estudios que
demuestran que los factores de transcripción que se unen al promotor de un gen afectan al splicing cambiando el patrón de
los cortes.
Bibliografía
Rules of engagement: co-transcriptional recruitment of pre-mRNA processing factors
On the importance of being co-transcriptional
Multiple links between transcription and splicing
Analysis of the requirement for RNA polymerase II CTD heptapeptide repeats in pre-mRNA splicing and 3’-end
cleavage
(Ver página Web)
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Redes de señalización intracelular
Resumen
Las redes de señalización intracelular permiten el funcionamiento integrado de los sistemas moleculares. Estas redes
procesan gran cantidad de información y son elemento indispensable en la comunicación intercelular. Los organismos
pluricelulares se fundamentan en una elevada capacidad de relación y coordinación entre sus células. Las redes de señalización intracelular integran las señales extracelulares e intracelulares elaborando de forma compleja respuestas adecuadas
a cada estado. En este tema se revisan los elementos fundamentales de estas redes.
Concepto
Las redes de señalización intracelular también se modelizan como grafos dirigidos. En los grafos que representan
las redes de señalización los nodos son proteínas y los arcos son interacciones dirigidas que representan el cambio que
ejerce una molécula sobre otra, por ejemplo, fosforilándola. Las entradas de estas redes son los receptores que captan las
señales del exterior y que suelen tener un dominio extracelular, un dominio transmembrana y un dominio intracelular. Estos
receptores pueden unir moléculas específicas llamadas ligandos solubles o interactuar con otros receptores de membrana de
otras células. Muchos receptores al unir su ligando cambian la conformación de su porción intracelular que se activa. Esta
activación puede realizar un cambio químico específico (frecuentemente fosforilación) sobre alguna proteína intracelular.
Una vez fosforilada la proteína, ésta tiene capacidad para modificar (fosforilar) a otras proteínas que a su vez modifican
a otras y así sucesivamente. Estas cascadas de señalización se entrecruzan unas con otras dibujando unas complejas redes
que son capaces de integrar la información de los estímulos y estados externos e internos. En estas cascadas de señalización
se suele producir un proceso de amplificación de la señal ya que cada elemento activa a más de uno, y según avanzamos
de nivel puede haber más elementos involucrados. Para limitar en el tiempo la acción de la señal y preparar la red para
detectar nuevos estímulos se necesita que actúen las fosfatasas que retiran el fósforo de las quinasas inactivándolas. Un fino
equilibrio entre la acción de quinasas y fosfatasas es clave en las redes de fosforilación.
Las redes de señalización intracelular son mucho más rápidas en su dinámica que las redes transcripcionales. Funcionan en el rango de segundos a minutos. Frecuentemente están acopladas finalmente a la modificación de factores de
transcripción específicos que provocan un cambio en la expresión del grupo de genes que regulan.
En las redes de señalización intracelular el procesamiento de la información se inicia con el reconocimiento ligandoreceptor. Dependiendo del número y tipo de ligandos que lleguen a los receptores de membrana se activarán unas vías u
otras de la red y además con “intensidades” diferentes, según la concentración de ligando. Esto hará que unas fosforilaciones
se produzcan más que otras y por tanto unas vías se activen y otras se inhiban y como resultado se obtenga una respuesta
específica para cada estado. La cantidad de receptores y componentes intracelulares que forman la red y el hecho de que
respondan de forma gradual según concentración hace que la red pueda procesar mucha información diferente con los
mismos elementos.
Para poder modelizar una red de señalización necesitamos información sobre los elementos que la componen y sus
relaciones. Para conseguir esta información es necesario recurrir a varias fuentes de datos. Técnicas de alto rendimiento
(HTT:High-Throughput Technologies) como la llamada “yeast two-hybrids” permiten obtener datos experimentales de
interacción entre proteínas a gran escala. Existen bases de datos especializadas en las redes de señalización como la base
de datos de la AfCS (Alliance for Cellular Signaling).
En el genoma humano se han detectado hasta ahora unos 1543 genes que codifican receptores de señales, unos 518
genes que codifican proteín-quinasas y aproximadamente unos 150 genes de fosfatasas como posibles genes relacionados
con las redes de señalización intracelular. Pero si consideramos los procesos de “splicing alternativo” y las modificaciones
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postraduccionales se estima que se pueden conseguir por combinatoria 30864 receptores, 10360 quinasas y 3000 fosfatasas,
cada uno con posibles funciones diferentes en la red de señalización. Estos datos evidencian que el “splicing alternativo”
y las modificaciones postraduccionales son un punto muy importantes en el establecimiento de las redes de señalización
complejas. Obviamente estos números están limitados por los genes que se expresen en un determinado tipo celular y
hay que tener en cuenta que no todas las combinaciones son funcionales. Otro grado más de variabilidad lo aportan los
complejos macromoleculares. Recientes estudios han identificado hasta 367 receptores acoplados a proteínas G (GPCRs).
Aunque muchos de ellos aparecen en varios tipos celulares, un tipo celular se caracteriza por un patrón específico de
receptores expresados. Estos receptores pueden tener ligandos comunes como ocurre con los GPCRs para adrenalina y esto
puede suponer otro nivel de variabilidad en la red de señalización. Asumiendo solo 15 tipos diferentes de GPCRs para
adrenalina en un tipo celular concreto y cada uno con dos estados distintos, unido o no unido a ligando, podrían existir unos
32768 estados de unión. Esto refleja el hecho de que un número pequeño de receptores operando de manera combinatoria
permite captar y transmitir una gran variedad de señales en la red.
Los motivos de red más frecuentes en las redes de señalización
intracelular son el motivo “bifan” y el motivo “diamante”. Estos motivos de red son diferentes de los motivos más frecuentes de las redes
transcripcionales. Estos dos motivos de red dibujan el esqueleto fundamental de muchas redes de señalización aunque la estructura completa
de las redes reales sea mucho más compleja. Simplificar y esquematizar los módulos de la red permite modelizar computacionalmente el
comportamiento de las redes reales y hacer predicciones sobre sus elementos. En estudios de inteligencia artificial y redes artificiales de
neuronas se emplea el término de “perceptrón multicapa” que consiste
en una estructura en red idéntica a la que obtendríamos si acoplamos en
serie varios motivos “bifan”. Algunas subredes de señalización tienen
una estructura similar a estos perceptrones multicapa y aunque el tipo
de información es diferente se puede analizar su comportamiento de
forma similar al comportamiento de las redes neuronales. Los estudios
con perceptrones han detectado ciertas propiedades de las redes que
podrían aplicarse a las redes de señalización. Los perceptrones tienen
la capacidad de interpretar un estímulo complejo a partir de patrones
parciales de estímulos, siempre que no exista ambigüedad. Los perceptrones tienen la capacidad también de “amortiguar” el daño en los
elementos que lo componen o entre sus conexiones. Así, se ha comprobado que mutaciones en componentes de la red de
señalización tienen un efecto poco llamativo en la respuesta celular global, particularmente en organismos pequeños.
Existen numerosos estudios que utilizan elementos de estas redes de señalización para comprender el desarrollo del
cáncer y poder desarrollar agentes antitumorales. Por ejemplo, la ruta intracelular de Ras-Raf-MEK-ERK es común a
muchas subredes de señalización que son activadas por factores de crecimiento que se unen a receptores tirosín-quinasa y
estimulan la proliferación celular.
El funcionamiento y coordinación de las células del sistema inmune se basa en el reconocimiento celular. Los estudios
basados en modelizaciones de las redes de señalización que integran la comunicación de información entre los distintos
tipos celulares del sistema inmune pueden ser muy útiles. Este tipo de estudios puede aportar información clave para
desarrollar nuevos tratamientos para enfermedades en las que el funcionamiento del sistema inmune está alterado.
Bibliografía
Reconstruction of cellular signalling networks and analysis of their properties
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Raf kinase as a target for anticancer therapeutics
Scale-free networks in cell biology
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Receptores de Virus
Resumen
Los virus son estructuras sin autonomía metabólica. A pesar de su simplicidad existen virus capaces de parasitar organismos procariotas y eucariotas. Todos los virus necesitan entrar en una célula hospedadora para reproducirse y para ello
siguen varias estrategias que dependen de la estructura del virus y del organismo hospedador que parasitan. En muchos
casos, los virus reconocen proteínas de membrana de las células del hospedador como punto inicial del proceso de fusión
de membranas que les permitirá depositar su material genético en el citoplasma del huésped e iniciar su ciclo reproductor.
El conocimiento de los receptores de entrada en algunos casos ha permitido elaborar terapias eficaces frente a virus que
afectan al hombre.
Concepto
Los virus son partículas formadas por un material genético que se
protege con una envoltura de glicoproteínas llamada cápside. En algunos casos el virus puede tener además una envoltura membranosa
originaria del huésped que rodea la cápside. Debido a la gran variedad
de virus y huéspedes no hay un patrón único de infección. Es frecuente
que el ciclo de vida de un virus acabe con la lisis de la célula huésped,
pero también existen otras estrategias de propagación de una célula a
otra. En algunos casos, una vez formada la partícula vírica en la célula, ésta se rodea de una envoltura que puede provenir del núcleo, del
retículo endoplásmico, del aparato de Golgi o del sistema endosomal
del hospedador. Esto permite al virus salir al exterior de la célula como
contenido de una vesícula secretora. Si la membrana que rodea al virus
la obtiene de la membrana plasmática el proceso de fusión con otra
célula será más sencillo, ya que se fusionaran membranas muy parecidas. Hay casos, como el del sarampión, en los que el virus se transmite
sin formar la partícula vírica. El sarampión provoca la fusión de células hospedadoras al expresar proteínas de fusión de membrana en la
membrana del hospedador. El resultado es la formación de un sincitio
(célula multinucleada) entre todas las células infectadas. Esta estrategia
limita la infección a células vecinas.
En otros casos los virus provocan la lisis celular para salir del hospedador. Una vez que la partícula se encuentra en el
exterior debe buscar otra célula para internalizarse. Los virus pueden adoptar distintas estrategias de internalización. Pueden
usar los mecanismos de endocitosis mediada por clatrinas o caveolinas pasando a formar parte del sistema endosomal. El
pH del interior del endosoma es más bajo y algunos virus utilizan esta bajada de pH para activar el proceso de fusión y
pasar su material genético al citoplasma.
Tanto si se introducen vía endocitosis como si fusionan su membrana con la membrana plasmática, los virus necesitan
que se produzca un reconocimiento molecular entre las glicoproteínas de la cápside vírica y receptores de membrana del
hospedador. Este reconocimiento va a activar a otras proteínas del virus que provocan la fusión de las membranas. Virus
de la clase alfavirus, flavivirus o influenza son ejemplos de virus que fusionan tras un descenso en el pH. Virus como el
del HIV-1 fusionan a pH neutro tras un doble reconocimiento del receptor CD4 y CCR5 o CXCR4 que son receptores
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miembros de la familia de las quimiocinas. Para la mayoría de los virus la identidad y/o características funcionales de las
proteínas de fusión no han sido aún determinadas. Por lo general, las proteínas de fusión son de naturaleza apolar y se
activan tras un primer reconocimiento celular, sufriendo drásticos cambios conformacionales que causan la fusión de las
membranas. Algunas proteínas de fusión tienen estructuras tridimensionales similares lo que ha llevado a algunos autores
a clasificarlas en dos grupos. Las proteínas de fusión de clase I se constituyen básicamente por hélices alfa cuya estructura
después de la fusión presenta un trímero de hélices alfa formando un ovillo. Se ha visto que hay moléculas pequeñas que
inhiben al grupo de proteínas de fusión que presentan esta estructura. Las proteínas de fusión de clase II en el proceso de
fusión pasan de ser un dímero de láminas beta a un homotetrámero. En ambas clases la proteína de fusión se estabiliza al
internarse en la membrana del hospedador. En los alfavirus parece ser que el colesterol y los esfingolípidos (abundantes en
células nerviosas) pueden ser objetivo de las proteínas de fusión.
El reconocimiento molecular previo a la fusión depende del tipo de virus. El virus de la polio reconoce a un receptor
llamado receptor humano de poliovirus (hPVR). Por procesos de splicing alternativo el gen del receptor hPVR se expresa
en distintas formas según el tejido. El virus de la polio reconoce a dos de los tipos expresados en células nerviosas. En este
caso el reconocimiento desestabiliza la cápside y un mecanismo independiente al reconocimiento internaliza el material
genético sin fusión de membranas.
En el caso del virus del herpes simple (HSV) se requieren múltiples contactos con los receptores de membrana del
hospedador. Las glicoproteínas B y C se unen a unas secuencias de heparán sulfato y la glicoproteína D se une a receptores
que tengan heparán sulfato modificado por la enzima 3-O-sulfotransferasa. Las cadenas de heparán sulfato se asocian a
proteoglicanos de la superficie celular, a receptores de la familia del factor de necrosis tumoral (TNF) y a miembros de la
superfamilia de inmunoglobulinas.
Los Rhinovirus incluyen el virus del catarro común y otros relacionados que afectan a humanos. El grupo más numeroso
se une a la molécula de adhesión celular ICAM-1 y el menos abundante a los receptores de lipoproteínas de baja densidad
(VLDL-R:Very Low Density Lipoprotein Receptor). Los VLDL-R unen sus ligandos mediante ocho repeticiones de un
mismo elemento estructural (de unos 40 aminoácidos). El Rhinovirus sólo reconoce específicamente a dos de ellos, siempre
que el calcio esté presente formando una red de interacciones entre las dos moléculas.
Los retrovirus necesitan la transcriptasa inversa ya que su material
genético está en forma de ARN en la partícula vírica y necesitan pasarlo
a ADN para infectar a la célula. El HIV-1 (virus del SIDA) pertenece a
este grupo. El HIV-1 reconoce al CD4 en un primer momento, pero esto no es suficiente para la infección. Posee también la capacidad de reconocer galactosil ceramidas presentes en las membranas de neuronas
y células del epitelio intestinal. Esto puede tener relación con la acción neuropatogénica del virus del SIDA. El HIV-1 también reconoce
a los receptores de quimiocinas CCR5 y CXCR4. Una vez establecidos los reconocimientos pertinentes se activa el proceso de fusión de
membranas. La glicoproteína transmembrana del virus HIV-1 llamada
gp160 se escinde en dos, la gp120 y la gp41. Es la gp120 la que se une
a CD4. Esto hace que la gp41 se exponga al exterior y sufra los cambios conformacionales que originan un poro de fusión. En el momento
de la exposición de la gp41 el virus es vulnerable a ciertas moléculas
antivirales.
Existe gran variedad en los tipos de receptores que usan los virus
para entrar en los diferentes tipos celulares. En la primera animación se
ven distintos receptores que son reconocidos por virus. Muchos de ellos pertenecen a la superfamilia de las inmunoglobulinas (CD4, CD46,
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CAR, PVR). A veces los receptores toman el nombre del virus que se une a ellos como PVR (Polio Virus Receptor) o CAR
(Coxsackie Adenovirus Receptor). También sirven como receptores proteínas transmembrana multipaso como el receptor
de quimiocinas CXCR para virus como el HIV o el transportador de aminoácidos catiónicos por donde entra el virus de la
leucemia felina. Otros tipos de receptores son el receptor de las lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL) o miembros de
la superfamilia de las integrinas que son glicoproteínas que participan en procesos de adhesión y quimioatracción celular.
En la segunda animación se esbozan diferentes variaciones en la estrategia de infección de diferentes clases de virus.
En común tienen el objetivo de llevar su material genético en forma de ADN al interior del núcleo, pero el modo en que lo
consiguen es muy diverso compartiendo sólo aspectos de la internalización. Así, los retrovirus requieren el paso intermedio
de la transcriptasa inversa que pasa el ARN a ADN. Virus como los herpesvirus o el del HIV internalizan una partícula
vírica tras un proceso de fusión de membranas. Otros se internalizan como una vesícula recubierta con clatrina como ocurre
con los adenovirus y los virus influenza o se internalizan recubiertos con caveolina como es el caso del virus SV40 (Simian
Virus 40). Adenovirus, virus influenza y hepatitis B fusionan con las membranas de vesículas. Parvovirus y virus SV40
se internalizan en el retículo antes de pasar al núcleo. Parvovirus, adenovirus, herpesvirus y el HIV usan elementos del
citoesqueleto para internalizar su ADN. Un paso bastante importante es el paso del material genético del virus al núcleo
celular. Los virus como SV40, hepatitis B, herpesvirus y adenovirus internalizan la partícula vírica con cápside y liberan el
material genético al contactar con el poro nuclear. El parvovirus introduce su partícula vírica entera.
El estudio detallado de los elementos y procesos que intervienen en el reconocimiento molecular y fusión de membranas
sirve para diseñar tratamientos específicos contra patógenos y también para optimizar el uso de los virus como vectores
genéticos en terapia génica y en investigación.
El conocimiento profundo de la interacción virus-receptor aportará datos clave para diseñar nuevos fármacos antivirales.
Bibliografía
Virus membrane-fusion proteins: more than one way to make a hairpin
Epidemics to eradication: the modern history of poliomyelitis
Herpes simplex virus: receptors and ligands for cell entry
A cellular receptor of human rhinovirus type 2, the very-low-density lipoprotein receptor, binds to two neighboring
proteins of the viral capsid
A binding pocket for a small molecule inhibitor of HIV-1 entry within the transmembrane helices of CCR5
(Ver página Web)
Receptores unidos a proteínas G
Resumen
Los receptores acoplados a proteínas G (GPCRs) son muy numerosos y participan en gran número de rutas de señalización. Según un reciente análisis del genoma se estima que hay más de 800 GPCRs que unen a una gran variedad de
ligandos de muy diversa naturaleza y tamaño como por ejemplo hormonas, neurotransmisores, proteínas o iones. Los
GPCRs son proteínas transmembrana que comparten el dominio intracitoplásmico de unión a proteína G mientras que por
el contrario muestran una gran heterogeneidad en la porción extracelular que lleva a cabo la unión de ligando. La proteínas
G son capaces de actuar sobre una gran gama de efectores intracelulares desencadenando una gran variedad de respuestas.
Más del 50
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Concepto
Los receptores unidos a proteínas G muestran una estructura común con 7 dominios transmembrana, con el extremo
amino terminal en el exterior y el carboxilo en el interior de la célula. Las zonas variables específicas de los distintos
receptores suelen localizarse en extremo amino terminal que es el que se encarga del reconocimiento del ligando. También existen zonas variables en el extremo carboxilo terminal y en los loops intracelulares que conectan los segmentos
transmembrana.
Los ligandos de los receptores unidos a proteínas G son muy diversos, desde iones o moléculas pequeñas hasta grandes
proteínas. Hay evidencias que indican que en algunos casos los receptores pueden formar dímeros u oligómeros que podrían afectar a la activación de la proteína G como es el caso de la familia de receptores para glutamato. A pesar de la gran
variedad y abundancia de receptores unidos a proteínas G que participan en las distintas rutas de señalización su estructura
tridimensional aún no está totalmente resuelta. Existen dificultades para su cristalización por motivos de producción, purificación, estabilidad de los receptores y homogeneidad. El problema de la estabilidad se debe a que hay receptores que
precisan detergentes especiales para su extracción que impiden la formación de cristales. La homogeneidad también es un
problema, ya que en una misma célula hay gran variedad de GPCRs y se necesita aislar un único receptor en una cantidad y
con una pureza suficientes para poderlo cristalizar. La rodopsina de bovinos es el modelo estructural de receptores unidos a
proteínas G ya que es bastante estable y su estructura tridimensional se ha conseguido resolver con precisión. Basándose en
la estructura molecular de este receptor, se han conseguido modelizar más de 900 receptores mediante métodos computacionales. Estos modelos están disponibles en: http://cssb.biology.gatech.edu/skolnick/files/gpcr/gpcr.html. Existen bases de
datos de receptores unidos a proteínas G como GPCRDB que está disponible en http://www.gpcr.org/7tm/
Existe un gran interés en la resolución de la estructura de estos receptores para el diseño de fármacos. Más del 50
Recientes estudios han demostrado que existen algunos receptores que se pueden unir a diferentes tipos de proteínas
G, provocando a veces efectos no deseados. Existen receptores de dopamina que sólo varían en su fragmento intracitoplasmático que determina su unión a diferentes tipos de proteínas G. Se está investigando en el diseño de fármacos que actúen
directamente sobre las proteínas G o sobre las proteínas intracitoplasmáticas que interaccionan con ellas.
La proteína G es un heterotrímero constituido por una subunidad alfa con actividad GTPasa y dos subunidades beta
y gamma formando un dímero. El dímero beta-gamma se desacopla de la subunidad alfa cuando se activa la proteína
G. Existen varias isoformas de estas subunidades cuya combinación define los distintos tipos de proteínas G. Existen 16
isoformas de subunidad alfa que se obtienen por splicing alternativo, 5 isoformas de subunidad beta y 14 isoformas de
gamma. No todas las combinaciones posibles existen.
En estado de reposo el trímero está asociado y la subunidad alfa está unida a GDP (Guanosine DiPhosphate: guanosín
difosfato). Cuando el receptor se une al ligando se producen cambios conformacionales en los "loops"intracelulares del
receptor que disocian el trímero activando la proteína G. La subunidad alfa se separa del dímero beta-gamma y une GTP.
La subunidad alfa y el dímero beta-gamma por separado pueden actuar sobre una gran gama de efectores diferentes como
la adenilato ciclasa, las fosfodiesterasas, la fosfolipasa C o canales iónicos. Todos ellos activan cascadas de señalización
intracelular. La proteína G activada actuará sobre un efector u otro según el isotipo de sus subunidades alfa, beta y gamma.
Por ejemplo, en el caso de los receptores adrenérgicos la subunidad alfa puede mediar la liberación de Ca2+ por medio del
retículo endoplásmico o abriendo canales iónicos en la membrana. En muchos casos un mismo efector puede ser activado
por la subunidad alfa y por el dímero beta-gamma. El efecto del dímero beta-gamma puede ser sinérgico, independiente o
antagonista con respecto al efecto de la subunidad alfa. Por ejemplo, el dímero gamma-beta y la subunidad alfa potencian
la activación de la adenilato ciclasa II pero actúan antagónicamente con respecto a la adenilato ciclasa I.
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La durabilidad del efecto de la proteína G activada depende de la
actividad GTPasa de la subunidad alfa. Cada subtipo alfa tiene un rango
de hidrólisis diferente. Una vez hidrolizado el GTP el trímero se reasocia y se inhibe la activación de efectores. Existen proteínas que actúan
sobre diferentes estados de la proteína G, interactuando con ella mediante una serie de dominios concretos. Un tipo de estas proteínas son las
AGS (Activator of G-protein Signaling : Activadoras de Señalización
por proteínas G). Se especula que estas proteínas activan a proteínas
G sin mediación de los receptores, incluyendo un tipo de proteínas G
que no están en la membrana plasmática y se relacionan con el tráfico
vesicular. Estas proteínas contienen ŞGPR motifsŤ (secuencia de 19
aminoácidos) que interaccionan con las proteínas G.
Existen proteínas que actúan como inhibidores de la disociación
del GDP llamadas GDI (GDP Dissociation Inhibitor : inhbidor de la
disociación de GDP). De hecho se considera al dímero beta-gamma
como un GDI.
Otro grupo de proteínas son las RGS (Regulator of G-protein Signalling: Regulador de la señalización de proteínas G) que potencian
la actividad GTPasa de la subunidad alfa. Estas proteínas tienen el dominio GAP (GTPase-activating proteins) de unos 125 aminoácidos. Se han identificado unas 30 proteínas con este dominio.
Estas proteínas RGS tienen otros dominios no-GAP como los dominios GGL, DEP o PDZ y sirven para relacionar la proteína G con otras proteínas y rutas de señalización. Existen además evidencias de la interacción de las RGS directamente
con los receptores GPCRs. Del estudio de este grupo de proteínas están derivando nuevas estrategias para la fabricación
u optimización de drogas. Con estas estrategias se podría corregir la rápida tolerancia a analgésicos opiáceos o potenciar
agonistas endógenos o exógenos al suprimir los mecanismos de inhibición.
Bibliografía
G protein coupled receptor structure and activation
Structure modeling of all identified G protein-coupled receptors in the human genome
Insights into G protein structure, function, and regulation
G protein signaling: insights from new structures
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Virus Oncogénicos
Resumen
Los virus oncogénicos son aquellos que en su proceso de infección pueden provocan la transformación de una célula
normal en una célula cancerosa. Son responsables de un porcentaje considerable de cánceres como algunos linfomas o
el Sarcoma de Kaposi. El estudio de los mecanismos de acción de muchos virus oncogénicos ha permitido dilucidar numerosos mecanismos de control del crecimiento celular y muchas alteraciones moleculares que producen el crecimiento
tumoral. Los virus oncogénicos han proporcionado un modelo de oncogénesis que ha permitido avanzar en la investigación
del cáncer en general estableciendo importantes bases conceptuales que definen el cáncer actualmente y lo presentan como
una enfermedad genética muy variable y con muchas posibles causas, lo que hace necesario un análisis específico para un
mejor tratamiento.
Concepto
Para comprender cómo un virus puede convertir una célula normal
en una célula cancerosa es necesario conocer los procesos que regulan
la división celular y los mecanismos moleculares de infección del virus.
En el ciclo celular se observan varias fases distinguibles por el estado
del material genético. El ciclo celular está regulado por complejas redes
transcripcionales que controlan la expresión génica en cada momento.
La estricta regulación de la expresión génica que se produce es esencial
para regular la entrada de la célula en cada una de las fases. Las ciclinas son uno de los grupos de proteínas más importantes en el control
del ciclo celular. Las ciclinas se unen a las CDKs (Cyclin-Dependent
Kinases), también conocidas como quinasas dependientes de ciclinas,
activándolas. Las CDKs activas fosforilan moléculas clave en el desarrollo del ciclo celular. En gran parte, la progresión del ciclo depende
de los niveles de concentración de estas ciclinas y la expresión de unos tipos de ciclinas u otros determina la fase en la que se encuentra la
célula. Por ejemplo, un determinado estímulo promueve la síntesis de
ciclina D. La ciclina D es la primera en aparecer en G1, asociándose a
las CDK tipo 4 o 6. El complejo formado por la ciclina D y CDK 4 o
CDK 6 es capaz de inhibir a la proteína Rb por fosforilación. La proteína Rb se encarga de secuestrar el factor de transcripción p53, necesario
para el paso a la fase S. Al quedar inhibida la proteína Rb, el factor de transcripción p53 queda liberado pudiendo llevar
a cabo su función permitiendo que la célula entre en fase S. Existe una expresión diferencial de ciclinas en cada fase del
ciclo celular. En caso de que haya algún problema, los mismos elementos que regulan el ciclo celular pueden inducir la
apoptosis de la célula.
El paso de una célula normal a una célula cancerosa se debe normalmente a un acúmulo de alteraciones en una serie
de genes clave para el correcto control del ciclo celular. En muchas ocasiones la acción de determinados virus, conocidos
como virus oncogénicos, puede ser la causa de tales alteraciones. Estos genes clave en la oncogénesis se pueden agrupar
en dos grupos: protooncogenes y genes supresores de tumores.
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Los protooncogenes son aquellos genes que activan de una forma u otra la división celular. Un ejemplo son los genes
que codifican las ciclinas o los genes que codifican receptores de membrana que responden a factores de crecimiento.
Los oncogenes son una versión mutada de los protooncogenes. Se caracterizan por originar niveles anormales de los
productos que codifican, provocando un desajuste en el control del ciclo celular y favoreciendo la transformación
de la célula en célula cancerosa. Generalmente las mutaciones que provocan el paso de protooncogén a oncogén
suponen una sobreexpresión del gen.
Los genes supresores de tumores codifican proteínas encargadas de regular el ciclo celular inhibiendo el avance del
ciclo celular hacia las etapas siguientes. La mutación o supresión de estos genes supone la pérdida de puntos de
control y, por tanto, un desajuste en el control del ciclo celular que normalmente contribuye a la transformación de
una célula normal en célula tumoral
En el crecimiento tumoral suelen estar involucrados tanto los protooncogenes como las alteraciones de los genes supresores siendo necesaria esa doble alteración del control del ciclo celular para que se desarrolle el tumor.
El mecanismo por el que un virus oncogénico promueve la transformación de la célula normal en célula tumoral
dependerá del tipo de virus. Hay varios mecanismos por los que un virus puede inducir la formación de un cáncer:
Inactivación de genes supresores de tumores. Bien por inserción del material genético en la secuencia codificadora
de un gen supresor de tumores o bien por la síntesis de proteínas víricas que eliminen los productos de los genes
supresores de tumores. Los papilomavirus son pequeños virus de ADN que sintetizan una serie de proteínas víricas
(E6 y E7) con diferentes efectos sobre los productos de los genes supresores de tumores. E6 degrada la p53 por
ubiquitinación y E7 estimula la fosforilación de pRb provocando la disociación pRb/E2F e induciendo la entrada en
fase S
Pérdida de la regulación del promotor de los protooncogenes. La inserción cerca de un protooncogén de material
vírico puede hacer que su expresión pase a estar controlada por un promotor vírico más potente y autónomo que no
obedece a la regulación del hospedador. En este caso el virus transformaría el protooncogén en un oncogen. Se ha
visto que en las células de hepatocarcinomas hay ADN viral del virus de la hepatitis B (HBV). Este virus integra
su material genético en sitios no específicos, lo que puede provocar la pérdida de los marcos de lectura en genes
cercanos y además posee proteínas propias que pueden inhibir a p53. Existen muchas de estas células cancerígenas
que no expresan las proteínas víricas pero sí activan protooncogenes como c-myc y c-jun posiblemente por pérdida
de la regulación de los mismos causados por la inserción del material genético viral. Otro ejemplo es la proteína E6
que activa los promotores de genes que inhiben la apoptosis y activan la telomerasa.
Determinadas proteínas del virus pueden interferir en el control del ciclo celular. El virus HTLV-1 que es un retrovirus causa la leucemia de linfocitos T en adultos (ATL). Este virus codifica unas proteínas clave para la adquisición
del control celular, Tax y HBZ. Tax es una proteína vírica con múltiples funciones que potencia la expresión de los
genes del virus y de los genes implicados en la transcripción celular. Interactuar con elementos de ruta de señalización celular que estimulan la activación de factores de transcripción como el factor nuclear kappa B (NF-kB) o
proteínas de respuesta a unión de AMP cíclico (CREB: cAMP response element-binding). Además también actúa
inactivando los productos de los genes supresores de tumores p53 y p16. Por otra parte, la expresión de Tax estimula
el ataque por parte de los linfocítos T citotóxicos (CTL) a las células infectadas. Para evitar esto, las células ATL
frecuentemente pierden la expresión de Tax por diferentes mecanismos que silencian la expresión de esta proteína.
Otro producto vírico del HTLV-1 proviene de la expresión del gen HBZ que se expresa en todas las células ATL
analizadas. Su supresión por medio de ARN interferente (ARNi) inhibe la proliferación de las células ATL. En estudios con células T transformadas con el gen viral HBZ se observa que la proliferación se efectúa mediante la ruta del
factor E2F-1 y además la proteína HBZ suprime la transcripción por medio de la proteína Tax. Aunque todavía no
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se comprenden completamente los mecanismos moleculares de funcionamiento de HBZ.. También se han observado
cambios epigéneticos que implican la hipermetilación de los promotores de los genes p53, p16, la familia Rb, p27 y
Fas, además de la modificación de histonas, resultando el silenciamiento de la expresión de estos genes supresores
de tumores.
En el caso del herpesvirus humano clase 8 (HHV8) también llamado (KSHV: Kaposi Sarcoma HerpesVirus) por su
asociación con el sarcoma de Kaposi, se han identificado genes homólogos a genes que controlan el ciclo celular
como bcl-2, FLIP y ciclina D (llamada v-ciclina en la versión vírica). Estos genes víricos podrían modular la apoptosis y la proliferación celular. La v-ciclina se expresa en el periodo de latencia del virus y actúa sobre CDK4 y 6,
promoviendo la entrada en fase S y también sobre la histona H1, cdc25a, Id-2 y p27.
En retrovirus se han observado dos características fundamentales para entender su mecanismo de acción y para el
descubrimiento de proto-oncogenes. Muchos retrovirus poseen oncogenes muy similares a sus homólogos celulares:
proteín-quinasas, factores de crecimiento y sus receptores, factores de transcripción y proteínas adaptadoras. Es
posible que estos genes provengan del propio hospedador y hayan sido adquiridos por el virus por procesos de
recombinación. Además, en algunos casos la propia inserción de los retrovirus puede producir alteraciones que
lleven a la transformación tumoral. Se pueden distinguir dos grupos de retrovirus según el tiempo que tarden en
transformar una célula. Los de transformación rápida (2 o 3 semanas) que poseen versiones víricas de los oncogenes
y los de transformación lenta, con un periodo de latencia de más de 3 meses, que inducen la tumorigénesis por la
propia inserción del retrovirus. Este segundo tipo posee unas regiones en su genoma denominadas "Long terminal
repeats"(LTR) que dirigen el proceso de inserción del virus y provocan la mutación o disregulación de genes del
hospedador. Se ha visto que este tipo de retrovirus de transformación lenta induce tumores en varios organismos, por
ejemplo, en gatos (FeLV) o el virus de tumor de mama en ratones (MMTV). El análisis de los sitios de inserción de
retrovirus ha servido en muchas ocasiones para descubrir nuevos protooncogenes y genes supresores de tumores.
Debido a la gran variedad de mecanismos oncogénicos que presentan los virus es complicado establecer generalidades
sobre la transformación de las células normales en células tumorales.
El conocimiento detallado del mecanismo molecular de infección de un virus permite desarrollar distintas estrategias de
tratamiento. Tal es el caso de la leucemia de Linfocitos T en adultos (ATL) donde se han usado inhibidores de la activación
del factor de transcripción NF-kB, muy relacionado con la oncogénesis. Uno de estos inhibidores es el "Bortezomib"que
actúa sobre el proteosoma. Los ensayos clínicos de este producto han superado ya la fase II. Su efecto puede ser potenciado
empleando también un anticuerpo anti-CD25 (proteína expresada en membranas de células ATL). Otra sustancia aún en
pruebas (ensayos clínicos e fase I) es el ŞDepsipéptidoŤ que es un inhibidor de la histona deacetilasa y que es capaz de
inhibir al NF-kB y al factor de transcripción AP-1 en células ATL induciendo la apoptosis de las células infectadas, se
encuentra en la fase II del ensayo clínico. Otras líneas de tratamiento se basan en el uso de interferón alfa sólo o combinado
con quimioterapia o con el uso del antirretroviral ŞZidovudinaŤ (ZDV), que también está en fase II.
Bibliografía
Viral carcinogenesis: revelation of molecular mechanisms and etiology of human disease.
DNA-damage response network at the crossroads of cell-cycle checkpoints, cellular senescence and apoptosis.
Human T-cell leukemia virus type I induces adult T-cell leukemia: from clinical aspects to molecular mechanisms.
Kaposi’s sarcoma-associated herpesvirus-encoded v-cyclin triggers apoptosis in cells with high levels of cyclindependent kinase 6.
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A phase 2 study of bortezomib in relapsed, refractory myeloma.
Phase I trial of the histone deacetylase inhibitor, depsipeptide (FR901228, NSC 630176), in patients with refractory
neoplasms.
A prospective phase II clinical trial with the use of zidovudine and interferon-alpha in the acute and lymphoma forms
of adult T-cell leukemia/lymphoma.
Retroviral insertional mutagenesis: past, present and future.
Sinapsis
Resumen
La sinapsis es un tipo de unión especializada entre células. La sinapsis química, permite que las células nerviosas
transmitan la información a otras neuronas o a otros tipos celulares como células musculares o células secretoras. En la
sinapsis, la neurona que emite la señal libera neurotransmisores al espacio sináptico. Los neurotransmisores difunden y se
unen a receptores específicos en las células postsinápticas. La unión del neurotransmisor provoca la apertura de canales
iónicos en la célula postsináptica provocando una respuesta que se propaga en forma de impulso nervioso hasta la siguiente
sinapsis.
Concepto
La principal función de una neurona es recibir, procesar, conducir y
transmitir información. Las neuronas tienen un cuerpo celular llamado
soma, una serie de prolongaciones filamentosas relativamente pequeñas
llamadas dendritas y una prolongación mucho más larga llamada axón.
Las neuronas reciben estímulos a través de las dendritas hacia el soma.
Esos estímulos se integran y, si se cumplen una serie de condiciones, la
información se transmite como impulso eléctrico constante a través del
axón hacia otra célula. En el extremo del axón hay un ensanchamiento llamado botón sináptico donde la neurona almacena los neurotransmisores en vesículas sinápticas. Al recibir un estímulo estas vesículas
liberan su contenido al espacio sináptico. Los neurotransmisores se unen a receptores específicos en la célula postsináptica. Esta unión provoca la entrada de iones, que a su vez cambia el potencial de membrana
en la célula postsináptica. Así la información se transmite de una célula
a otra.
Para poder realizar esta transmisión de información de forma eléctrica las neuronas necesitan tener una diferencia de potencial en estado
de reposo en su membrana. La diferencia de potencial se debe a una
distribución asimétrica de iones a ambos lados de la membrana. Esto
se consigue gracias a la presencia de ciertos canales iónicos regulados
de forma específica. Se han identificado gran número de canales iónicos en las membranas de las neuronas con diferentes
funciones, pero para establecer la diferencia de potencial característica del estado de reposo basta con dos tipos de canales
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iónicos: la bomba sodio/potasio y un tipo de canal de potasio. La bomba de sodio/potasio expulsa tres iones de sodio e
introduce dos de potasio utilizando la energía del ATP. El canal de potasio que está abierto en reposo permite el paso de
potasio a través de la membrana. La combinación de estos dos canales iónicos genera un potencial de membrana de aproximadamente -70 mV, que es el potencial cercano al equilibrio del potasio. La distribución del ión cloro a ambos lados de la
membrana en estado de reposo está determinada por este potencial. Las neuronas reciben una serie de impulsos por sinapsis
en sus dendritas y somas. Los receptores que reciben las señales abren canales que permiten la entrada de iones. Si entran
iones negativos de cloro la diferencia de potencial de la membrana aumenta y la neurona se hiperpolariza, mientras que si
se permite la entrada de iones positivos de sodio la diferencia de potencial disminuye y la neurona se despolariza. Estos
cambios locales de potencial que se producen en la membrana de las dendritas y del soma se van sumando. En muchas
neuronas se producen hasta 100.000 sinapsis para integrar señales procedentes de músculos, receptores sensitivos y de otras
neuronas. La neurona tarda un tiempo en restaurar el potencial de membrana característico del estado de reposo. Durante
esta fase noes capaz de generar nuevos potenciales de acción. De esta forma las neuronas integran y procesan información
codificándola en frecuencias de impulsos nerviosos. Desde el punto de vista de codificación de la información, al ser el
potencial de acción una respuesta fija en intensidad, la frecuencia de los impulsos es un elemento que transmite información
adicional y tienen un especial significado.
En el extremo del axón cercano al soma se encuentra el cono axónico. La generación de un potencial de acción como
respuesta a las señales depende de la despolarización de la membrana en esta zona de la neurona. Si la zona de la membrana
correspondiente al cono axónico sufre una despolarización superior a un umbral determinado se desencadena un potencial
de acción. El potencial de acción es una onda eléctrica que se propaga a través del axón de forma unidireccional. A nivel
molecular el potencial de acción depende de la regulación de los canales iónicos. Cuando se desencadena un potencial de
acción el potencial de membrana pasa de los -70mV característicos del estado de reposo a +50mV que definen un estado
de despolarización. Una vez transmitido el impulso eléctrico hay un periodo en el que la región del axón que ha sufrido el
cambio de potencial no puede transmitir más impulsos ya que se encuentra recuperando su estado de polarización normal.
La mielinización de las neuronas por las células de Schwann en el sistema nervioso periférico y por los oligodendrocitos
en el sistema nervioso central permite que la transmisión del impulso nervioso a través de los axones sea mucho más rápida
y eficiente. Los axones mielinizados presentan a intervalos regulares pequeñas zonas sin mielina llamadas nódulos de
Ranvier. En estos nódulos se concentran los canales iónicos para el sodio produciéndose la despolarización de la membrana
durante la propagación del impulso nervioso. De este modo el impulso nervioso se trasmite de nódulo en nódulo. La
importancia de la mielinización se aprecia en enfermedades como la esclerosis múltiple donde se destruyen las vainas de
mielina de algunas regiones del sistema nervioso central originando graves alteraciones neurológicas.
Al llegar el potencial de acción a la placa presináptica se produce la apertura de canales de calcio. La entrada de calcio
a la célula permite el proceso de unión de las vesículas sinápticas a la membrana y la liberación de los neurotransmisores
al espacio sináptico. Los neurotransmisores difunden y se unen a receptores de membrana de la célula potsináptica.
El efecto del neurotransmisor en la célula potsináptica depende del tipo de receptor al que se une. Los aminoácidos
aspartato y glutamato son los principales neurotrasmisores excitatorios del sistema nervioso, mientras que el GABA es el
principal neurotransmisor inhibidor. Este efecto excitatorio o inhibidor depende de qué tipo de canal iónico que se abre.
Una sinápsis inhibidora implica una apertura de canales que originan hiperpolarización en la membrana postsináptica,
mientras que una sinapsis excitadora abre canales que producen despolarización. Otros neurotransmisores importantes
son la serotonina, la acetilcolina, la dopamina, la noradrenalina y las beta-endorfinas. En cuanto a los receptores de estos
neurotransmisores existen varios tipos divididos a su vez en subtipos, cada uno con un efecto específico. Algunos tipos
tienen localizaciones específicas en el sistema nervioso.
En general los neurotransmisores pueden agruparse en dos grandes tipos:
Canales iónicos dependientes de ligando. Estos canales se abren tras reconocer al ligando y permiten la entrada de
iones de forma inmediata
Receptores acoplados a proteínas G. Estos receptores están acoplados a proteínas G y muchas veces a complejos
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procesos de transducción de la señal. Permiten la entrada de iones al citoplasma desde el exterior de la célula o desde
reservas intracelulares. La acción de estos receptores es un poco más lenta.
La estrategia de manejo de información del sistema nervioso está basada en integrar de forma muy compleja una
gran cantidad de señales que en sí mismas no son muy específicas. No existe una gran variedad de neurotransmisores
ni conexiones muy específicas sino que se trabaja con un sistema complejo muy interconectado que integra señales y
consigue una respuesta específica manejando la información de espacio (entre qué neuronas se produce) y de tiempo
(cuando se produce el estímulo). La información espacial está implícita en el circuito de interconexiones neuronales. Para
poder detectar el tiempo en el que se produce un estímulo, la transmisión de la señal ha de ser puntual y rápida:
Para que la señal sea puntual existen mecanismos de retirada del neurotransmisor del espacio sináptico que hacen que
sólo haya impulso nervioso mientras hay estímulo. Existen enzimas que degradan los neurotransmisores y canales
que permiten su retirada hacia las células presinápticas para su reciclado. Incluso existen receptores en las células
presinápticas que señalizan para que se detenga la emisión de neurotransmisor.
Para que la señal se transmita de forma rápida los neurotransmisores están almacenados en vesículas. Se dice que la
sinapsis está “cuantizada”, ya que los neurotransmisores se liberan por paquetes.
Se han identificado procesos relacionados con la transmisión de la señal entre neuronas que son capaces de cambiar las
características de las conexiones neuronales y que, por tanto, intervienen en la plasticidad sináptica y son capaces de cambiar los circuitos de integración de señales. Estos procesos relacionados con variaciones en niveles de calcio intracelular
posteriores a la transmisión del potencial de acción se conocen como “long-term depression” (LTD) y “long-term potentiation” (LTP). Se están alcanzando grandes avances en el estudio de estos procesos y su relación con el aprendizaje y la
memoria.
Bibliografía
Proteomic analysis of NMDA receptor-adhesion protein signaling complexes.
The role of single neurons in information processing.
Active dendrites, potassium channels and synaptic plasticity.
(Ver página Web)
Coagulación
Resumen
La coagulación es el proceso por el cual se forma un coágulo sanguíneo. Comienza en respuesta a una lesión en un vaso
sanguíneo. En el proceso de coagulación se producen una serie de reacciones en cadena en las que participan varios tipos
celulares y proteínas solubles de la sangre con el objetivo de formar un coágulo para evitar la pérdida excesiva de sangre.
Un coágulo consiste en una red de proteínas insolubles como la fibrina con plaquetas y células atrapadas que bloquea la
salida de sangre hasta que se repare el tejido. Se distinguen dos rutas de activación de la cascada de coagulación conocidas
como vía extrínseca y vía intrínseca. Hacen referencia al lugar donde se inicia la cascada de coagulación: el interior de un
vaso sanguíneo (intrínseca) o fuera de un vaso sanguíneo (extrínseca). Ambas vías convergen en la activación del factor Xa
que transforma la protrombina en trombina. En el paso siguiente la trombina genera fibrina a partir de fibrinógeno.
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Concepto
En
el
proceso
de
coagulación
participan
los
siguientes
elementos:
Células que presentan el factor tisular (TF): Estas células no están normalmente en contacto con elementos solubles de la sangre. Cuando se produce una lesión con pérdida de sangre, el reconocimiento entre el TF y las proteínas solubles dispara la cascada de la coagulación.
Plaquetas: Son fragmentos celulares derivados del megacariocito. Participan en el proceso de coagulación en las fases de amplificación y propagación y forman parte del coágulo. En sus
membranas se dan muchas de las reacciones del proceso de coagulación y secretan varios elementos imprescindibles durante el
proceso.
Factores de coagulación: Son un conjunto de proteínas que participan en las reacciones enzimáticas encadenadas que hacen
posible la cascada de la coagulación. Las proteínas de la cascada
se van activando por proteolisis adquiriendo actividad proteasa y
avctivan por proteolisis a la siguiente proteína de la cascada de
coagulación. La activación de esta cascada lleva a la producción
de grandes cantidades de trombina que posibilitan la formación
del coágulo. Algunos de estos factores se asocian entre sí en la
membrana de plaquetas y de otros tipos celulares que participan
en el proceso de coagulación
Sistema anticoagulante: Para evitar la formación de trombos (coágulos fijos dentro de los vasos) o émbolos (coágulos
móviles que viajan por el torrente sanguíneo) existen una serie de proteínas que confinan la formación del coágulo
a la zona lesionada. Algunos elementos de estos sistemas son la proteína C, la proteína S, la antitrombina (AT) y la
trombomodulina (TM).
El proceso de coagulación se puede esquematizar en las siguientes fases:
Fase de iniciación. En esta fase es fundamental la formación de pequeñas cantidades de trombina. La lesión de un
vaso sanguíneo expone las proteínas solubles de la sangre a las células de los tejidos circundantes y a la matriz
extracelular. Estos contactos van a generar una serie de reacciones que constituyen la fase de iniciación. La cascada
de reacciones que tiene lugar en esta fase comienza cuando el factor VIIa (factor VII activo) se une a los factores
tisulares (TF) en las membranas de las células que están fuera de los vasos originando el complejo VIIa/TF. Este
complejo activa a su vez pequeñas cantidades de factor IX y X. El factor Xa (factor X activo) se asocia con el
factor Va (factor V activo) en la superficie de las células que presentan los factores tisulares. Se forma un complejo
protrombinasa que origina pequeñas cantidades de trombina (factor IIa). El factor V puede ser activado por el propio
factor Xa, por ciertas proteasas de la matriz extracelular o puede ser liberado directamente por parte de las plaquetas
al contactar con el colágeno u otros componentes de la matriz extracelular. Normalmente el factor Xa permanece
unido a la membrana de las células que presentan factores tisulares que las protegen de la degradación. En caso de
producirse su disociación y pasar al torrente sanguíneo es rápidamente inhibido en la fase fluida por inhibidores de la
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ruta de los factores tisulares o por antitrombina evitando que sea activo fuera de la zona de la lesión. De esta forma,
la presencia de inhibidores focaliza y limita eficientemente la actividad del factor Xa únicamente a las superficies
celulares donde se produce la lesión. El factor IXa puede moverse desde la célula en que se origina a través de la fase
fluida hacia una plaqueta vecina u otra superficie celular ya que es inhibido mucho más lentamente por antitrombina.
Fase de amplificación. En esta fase se produce la activación de las plaquetas gracias a la pequeña cantidad de trombina generada en la fase de iniciación. En esta fase factores en la superficie de las plaquetas provocan la producción
masiva de trombina. La fase de amplificación tiene lugar sólo si la lesión permite la salida de plaquetas y del complejo VIII/vWF (factor von Willebrand). Durante la activación de las plaquetas se secretan formas parcialmente
activadas de factor V en la superficie. En esta fase también se disocia el complejo VIII/vWF, permitiendo al factor
vWF mediar la adhesión y agregación adicional de plaquetas en el sitio de la lesión y al factor VIII activarse y unirse
a la membrana de las plaquetas. La trombina generada también activa el factor XI en la superficie de la plaqueta
durante esta fase.
Fase de propagación. En la que se produce trombina de forma masiva para la formación de un coágulo estable.
También acuden gran número de plaquetas al lugar de la lesión. En esta fase sólo participan las plaquetas activadas.
El factor IXa, generado en la fase de iniciación, se une al factor VIIIa en la superficie de las plaquetas. El factor
XIa en la superficie de plaquetas permite la unión de más cantidad de factor IXa. El factor Xa generado por el
complejo IXa/VIIIa formado en la membrana de las plaquetas se asocia rápidamente con el factor Va expresado por
las plaquetas en la fase de amplificación. Al ensamblarse la protrombinasa (Xa/Va) provoca una masiva producción
de trombina en cantidad suficiente para que se forme el coágulo.
Una vez formado el coágulo de fibrina y plaquetas en la zona lesionada, el proceso ha de ser controlado para evitar la
oclusión trombótica en las zonas no dañadas. La proteína C, la proteína S y la trombomodulina constituyen un importante
sistema de control que restringe la coagulación a la zona de la lesión. Durante el proceso de coagulación parte de la trombina
formada puede difundir por los vasos sanguíneos. Cuando llega a una célula endotelial intacta se une a la trombomodulina
en la superficie endotelial. El complejo trombomodulina/trombina activa a la proteína C que se une a la proteína S e
inactiva los factores Va y VIIIa. De esta forma se detiene la generación de trombina en las zonas intactas. La proteína C y
la proteína S son mucho más eficientes inactivando al factor Va en la superficie de las células endoteliales que en la de las
plaquetas. Otro sistema para prevenir la generación de trombina en células endoteliales de zonas no dañadas es la acción
de los inhibidores de proteasa antitrombina e inhibidores de la ruta de los factores tisulares (TFPI: Tissue Factor Pathway
Inhibitor) que ayudan a confinar la formación de trombina a las áreas alrededor de la lesión. Los inhibidores de proteasa
AT-III y TFPI pueden inhibir rápidamente proteasas generadas cerca de un endotelio intacto.
Existen diversas enfermedades derivadas de fallos en algunos de estos elementos que participan en el proceso de
coagulación. Pueden tener un origen genético o no y ser o no reversibles. Existen tres grupos de genes asociados a defectos
en la coagulación:
Genes responsables de la adhesión, activación y agregación plaquetaria.
Genes de biosíntesis de factores y cofactores de coagulación sanguínea.
Genes involucrados en el sistema de anticoagulación y fibrinolisis.
La hemofilia es un ejemplo de enfermedad causada por un defecto genético en un componente del proceso de coagulación (factor VIII en la hemofilia A y factor IX en la hemofilia B).
Los fármacos anticoagulantes que se han empleado tradicionalmente tienen sus limitaciones. Actualmente se están
desarrollando nuevos anticoagulantes inhibidores del factor Xa e inhibidores directos de la trombina. Varios de ellos aún
están en fase de ensayo clínico para prevención y tratamiento de la trombosis:
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“Dabigatran Etexilate” es un fármaco oral que se convierte en “dabigatran”, un inhibidor de la trombina. La eficacia y
seguridad de esta sustancia ha sido evaluada en la fase II del ensayo clínico y se encuentra en la fase III de prevención
y tratamiento de la enfermedad tromboembólica venosa (VTE: Venous Thromboembolism Events) y prevención de
apoplejías derivadas de fibrilación auricular.
Otra diana terapéutica para el diseño de drogas anticoagulantes es el factor Xa. “Fondaparinux”, es un pentasacárido
obtenido por síntesis química que se une de forma rápida y específica a antitrombina en la sangre, induciendo un
cambio conformacional en la antitrombina. Este cambio conformacional incrementa su afinidad por el factor Xa
potenciando su función inhibidora unas 300 veces. Además cada molécula de fármaco puede modificar a varias
moléculas de antitrombina. Esta sustancia ha sido probada en numerosos ensayos clínicos de fase III con diferentes
dosis, obteniéndose una reducción de un 50 % en la incidencia de enfermedad tromboembólica venosa.
Bibliografía
New anticoagulants.
Genetic mechanisms of hereditary hemostasis disorders.
The protein C pathway.
Remodeling the blood coagulation cascade.
What does it take to make the perfect clot?
Blood coagulation.
(Ver página Web)
Complemento
Resumen
El sistema del complemento es uno de los principales mecanismos de la inmunidad innata y el principal efector de la
inmunidad mediada por anticuerpos. Del sistema del complemento forman parte la familia de las proteínas C que engloba
unas 30 proteínas plasmáticas filogenéticamente muy conservadas con homólogos en vertebrados y en algunos invertebrados. El sistema del complemento interviene en la opsonización de patógenos y sus mecanismos efectores consiguen romper
las membranas los patógenos formando poros y causando su destrucción. Es un sistema efector fundamental en la defensa
frente a la infección. También participa en procesos inflamatorios locales y en la destrucción de células defectuosas del
propio organismo.
El complemento aumenta su concentración en el plasma durante la infección, por lo que puede usarse con propósitos
de diagnóstico clínico. Aún no se conocen en profundidad los mecanismos que regulan la síntesis de las proteínas del
complemento pero se sabe que pueden sintetizarse en distintos tipos celulares como neuronas, monocitos y linfocitos entre
otros. En hepatocitos se puede estimular su síntesis con IL-6 e IL-1beta. Se conocen tres vías de activación del sistema del
complemento: la vía clásica, la vía de las lectinas y la vía alternativa. Las tres vías confluyen en la formación y activación
de la proteasa C3 convertasa, seguida de la activación de la C5 convertasa. La C3 y la C5 convertasas activan diversas
rutas que terminan en la producción de péptidos mediadores de la inflamación, la opsonización de agentes patógenos y la
eliminación de inmunocomplejos entre otros efectos.
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Concepto
El complemento es un mecanismo efector crucial en la respuesta sistema inmune tanto innata como adaptativa especialmente importante en la defensa frente a patógenos. El sistema del complemento actúa siguiendo un complejo mecanismo
de activación en cascada.
Para que el complemento lleve a cabo sus funciones es necesario la formación y activación de las proteasas C3 y C5
convertasas. Se conocen tres rutas para la activación de C3 convertasa: la vía clásica, la alternativa y la de las lectinas. En
las distintas rutas de activación se originan péptidos que también participan en la inflamación. La vía de las lectinas y la vía
clásica se inician con el reconocimiento de moléculas extrañas, proteínas o carbohidratos, en la superficie de los agentes
patógenos. La vía alternativa se inicia al unirse espontáneamente un componente activado del complemento a la superficie
del patógeno. En cada una de las tres vías intervienen un conjunto de proteínas del complemento diferentes. A continuación
se describen cada una de las tres vías de activación:
Vía clásica. La primera proteína que interviene es la proteína C1. Esta proteína está formada por 6 subunidades: una
subunidad C1q, dos C1s y dos C1r. Las subunidades C1q cambian de conformación al reconocer antígenos de la
superficie del patógeno activando a las subunidades C1r que cortan a las subunidades C1s convirtiéndolas en serinproteasas activas. C1s actúa primero sobre C4 generando C4b que se une a la superficie del patógeno. C4b une C2 y
lo inmoviliza en la membrana permitiendo que sea fragmentado por C1s generando C2b que también tiene actividad
serin-proteasa. C4b y C2b forman la C3 convertasa de la ruta clásica. (Ver animación)
Vía de las lectinas. La primera proteína de la vía de las lectinas es la lectina fijadora de manano (MBL: MannanBinding Lectin). Normalmente esta proteína se encuentra a baja concentración en el plasma aumentando en la fase
aguda de la respuesta inmune innata. La MBL es muy similar estructuralmente a C1q, con 6 cabezas globulares
formando un complejo con cuatro proteasas, dos MASP-1 y dos MASP-2 que son proteínas similares a C1r y C1s.
Al reconocer y unirse a los polisacáridos bacterianos fragmenta C4 y C2, formándose la misma C3 convertasa que
en la vía clásica. Esta vía es fundamental durante la infancia. Se ha observado que niños deficientes en MBL sufren
muchas más infecciones en la infancia temprana.
Vía alternativa. La ruta alternativa no requiere el reconocimiento de una molécula extraña en la superficie del
patógeno y puede iniciarse por la formación espontánea de C3-H2O, que es una forma distinta de C3 originada
por la hidrólisis de un enlace tioéster. La C3-H2O es capaz de unirse al factor B. Al unirse a la C3-H2O el factor
B puede ser fragmentado por el factor D, una proteasa del suero que se encuentra activa de forma constitutiva, formando los fragmentos Ba y Bb. El fragmento Bb permanece asociado a C3-H2O formando una C3 convertasa que
permanece soluble. Esta convertasa, mediante su dominio serin-proteasa rompe moléculas de C3 generando nuevos
fragmentos C3b y C3a. Si no se une a una superficie celular el fragmento C3b se degrada. En la superficie celular se
asocia con otra molécula de factor B. El factor D actúa sobre este complejo C3bB en la membrana formando C3bBb
al cortar al factor B. El complejo C3bBb es la C3 convertasa de la vía alternativa. En esta serie de pasos proteolíticos
interviene la properdina o factor P que estabiliza las interacciones proteína-proteína, especialmente las del complejo
enzimático C3bBb o C3 convertasa de la vía alternativa. En el control de la activación del complemento por esta vía
son muy importantes las proteínas reguladoras del complemento expresadas en la superficie de las células propias.
El fragmento C3b, necesario para la formación de la C3 convertasa, se une de manera inespecífica a cualquier superficie celular pudiendo activar el complemento sobre la membrana de células propias. Las proteínas reguladoras
del complemento impiden la formación de C3bBb en la superficie de las células propias. Algunas de estas moléculas
reguladoras del complemento son el receptor del complemento 1 (CR1: Complement Receptor 1), el factor acelerador de caída (DAF: Decay-Accelerating Factor) y el factor de proteólisis de membrana (MCP: Membrane Cofactor
of Proteolysis) entre otros. Estas proteínas desplazan al péptido Bb o hidrolizan con ayuda del factor I el péptido C3b
formándose iC3b. (Ver animación)
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Las tres vías convergen en la activación de la C3 convertasa. La C3
convertasa cataliza la rotura de C3 en C3a y C3b que se acumula en
la membrana. C3 es la proteína del complemento más abundante y una
sóla molécula de C3 convertasa puede catalizar la síntesis de hasta 1000
moléculas de C3b que se unen por enlace tioéster a la membrana. La
proteína C3b en la membrana es la primera señal para la opsonización
del patógeno. Una vez acumulada gran cantidad de C3b se forma la C5
convertasa al unirse una molécula de C3b a la C3 convertasa. Por tanto
la C5 convertasa está formada por las subunidades C4b,2b,3b en el caso
de la vía clásica y de las lectinas y por las subunidades C3b,3b,Bb en
la vía alternativa. La C5 convertasa permite la unión de C5 que es fragmentada por la subunidad C2b o Bb, según la convertasa que sea, formándose los fragmentos C5a y C5b quedando el fragmento C5b unido
a la superficie celular.
Los fagocitos pueden llevar a cabo la fagocitosis de patógenos marcados con las moléculas de complemento ya que presentan receptores
de complemento como el receptor del complemento 1 (CR1) que interactúa con péptidos como el C3b. Es importante señalar que para que se
produzca la fagocitosis es necesaria además la activación de los fagocitos por medio del péptido soluble C5a.
Además de activar la fagocitosis de patógenos el complemento es un potente efector capaz de forma auténticos poros
en la superficie del patógeno. Una vez formada la C5 convertasa (C3bC3bBb o C4bC2bC3b) se liberan C5b y C5a. C5b
queda adherido en la superficie del patógeno y une otros componentes del complemento. Primero se une C6 y luego C7. C7
sufre un cambio conformacional exponiendo restos hidrofóbicos con los que se anclará en la membrana del patógeno. A
continuación se une C8 que al igual que C7 también se ancla a la membrana. La unión de C8 permite la polimerización de
entre 10 a 16 moléculas C9 en forma de anillo constituyendo un poro en la membrana. El poro formado por las moléculas de
C9 forma un canal de unos 10 nanómetros de diámetro que permite el paso de solutos y agua e incluso enzimas hidrolíticas
como la lisozima, comprometiendo drásticamente la homeostasis celular y provocando la destrucción del patógeno.
Además de la proteína C5a que activa a fagocitos, en el proceso de activación del complemento se producen otras
proteínas solubles pequeñas como la C3a y la C4a que actúan sobre receptores específicos y estimulan las respuestas
inflamatorias locales. Estas proteínas se conocen como anafilotoxinas. La C5a es la más estable y activa. Las anafilotoxinas
inducen la contracción del músculo liso de vasos sanguíneos e incrementan la permeabilidad celular. C5a y C3a actúan
además sobre las células endoteliales de los vasos para que produzcan moléculas de adhesión y también pueden activar a
mastocitos para que liberen histaminas y TNF-alfa. La liberación de todas estas moléculas hace que células fagocíticas y
otras células del sistema inmune acudan a la región afectada.
El complemento tiene un papel fundamental en la respuesta inmune innata pero estudios recientes han demostrado
que también puede tener un papel regulador en la respuesta inmune adquirida y actuar como puente entre ambas. Estudios
relacionados con el rechazo a trasplantes en ratones indican que C3a y C5a pueden estimular o inhibir a los linfocitos T.
Otros estudios en la misma línea de investigación muestran datos que involucran al complemento con la producción de
anticuerpos ya que en ratones deficientes en C3 se producen menos anticuerpos.
Alteraciones en el sistema del complemento están relacionadas con múltiples patologías como asma, artritis, vasculitis,
uveítis, queratitis, degeneración macular propensión a infecciones o procesos autoinmunes. Actualmente se trata de diseñar
fármacos que actúen sobre distintos receptores de moléculas del complemento para el tratamiento de estas enfermedades.
Por ejemplo el compuesto W-54011, que está aún en pruebas preclínicas, es un antagonista para el receptor de C5a. Este
compuesto se está estudiando como fármaco para el tratamiento de la artritis.
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Bibliografía
C-reactive Protein
The central role of the alternative complement pathways in human disease
Serine proteases of the complement system
The role of complement and Toll-like receptors in organ transplantation
Targeting C5a: Recent Advances in Drug Discovery
(Ver página Web)
Oncogenes
Resumen
En un organismo normal la proliferación y la muerte celular programada (apoptosis) son procesos fundamentales para
el correcto desarrollo y funcionamiento del organismo que están, por tanto, muy finamente regulados. Alteraciones tanto
en la proliferación celular como en los procesos de apoptosis pueden originar situaciones patológicas como el cáncer. El
desarrollo de un cáncer requiere la acumulación de una serie de mutaciones somáticas para originar un tumor maligno y su
transmisión a las células hijas. Las células cancerosas tienen dos características principales:
Se dividen sin control dentro del organismo
Además de su capacidad proliferativa, tienen la capacidad de invadir y colonizar otros lugares del organimo
En el proceso de división celular participan numerosos genes sometidos a un sistema de regulación muy controlado
que depende también del tipo celular. Cada proceso canceroso es resultado de un proceso muy específico, en el que pueden
participar combinaciones características de mutaciones responsables en conjunto del desarrollo del tumor. Esta variabilidad
supone una mayor dificultad a la hora de diseñar un tratamiento específico. Genes que suelen estar afectados en el cáncer
suelen ser genes que participan en el control del ciclo celular. Estos genes se pueden agrupar en dos grupos principales:
Los genes supresores de tumores. Son genes que frenan el avance del ciclo celular. Para que se produzca una pérdida
de su función es necesaria la mutación de ambos alelos presentes en la célula
Los oncogenes. Son versiones mutadas de los protooncogenes. Los protooncogenes estimulan el avance del ciclo
celular
Además de portar alteraciones en su material genético las células cancerosas han de superar otros mecanismos de
control como el sistema inmune.
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Concepto
Los oncogenes pueden ser genes que que actúan directamente en el ciclo celular como las ciclinas o genes que inducen
la división celular alterando la red de señalización celular como los receptores de factores de crecimiento o los propios
factores de crecimiento. Una célula tumoral puede presentar niveles de expresión de receptores de factores de crecimiento
alterados o expresar receptores con afinidades alteradas. La formación de un tumor también se puede deber a la expresión
excesiva de los propios factores de crecimiento o a su expresión por parte de células que no solían expresar estos factores.
Las alteraciones somáticas que hacen que un protooncogen se transforme en oncogen pueden ser de distinto tipo:
Mutación puntual. Esta mutación supone el cambio de una base nitrogenada del ADN por otra diferente. Dependiendo de dónde se produzca este cambio los efectos serán distintos pudiendo verse afectada la actividad de la proteína
en distinto grado. Por ejemplo, un cambio de un sólo aminoácido en la proteína inhibidora del ciclo celular rb que
le impide secuestrar a p53 puede suponer la entrada de la célula en fase s de forma independiente a las señales del
medio.
Traslocación cromosómica. Es el cambio de ubicación de un fragmento de ADN dentro de un mismo cromosoma o
entre cromosomas diferentes. Si la traslocación afecta a la secuencia de un protooncogen o a su región reguladora
se puede generar un oncogen. Por ejemplo, una traslocación que elimine el promotor de p53 y haga que se exprese
de forma constitutiva para la célula generaría un oncogén. El gen p53 estaría sobreexpresado perdiendo el control
del ciclo celular ya que no habría cantidad suficiente de proteína pRb para mantenerlo inactivo en el citoplasma y se
induciría la fase s.
Amplificación. Existen mecanismos celulares que copian una secuencia genética concreta y la añaden al genoma
(ADN satélite). Si estos mecanismos copian un protooncogen el resultado será un incremento en el número de copias
de este gen que produciría un exceso del producto del gen en la célula.
Delección. Esta alteración supone la pérdida de un fragmento de ADN más o menos largo que puede causar alteraciones en regiones reguladoras o la pérdida del marco de lectura (ORF: Open Reading Frame) y por tanto hacer
que una proteína entera no se sintetice. En relación al desarrollo del cáncer este mecanismo puede afectar al promotor
de un protooncogén o a un gen supresor de tumores provocando la pérdida de control sobre el gen.
Existen muchos factores que pueden provocar o favorecer las alteraciones descritas anteriormente:
Virus oncogénicos
Agentes químicos
Radiaciones ionizantes
En el caso de los virus oncogénicos el desarrollo de un cáncer se debe generalmente a la introducción del material génico
del virus en el genoma celular alterando la regulación de la división del hospedador induciendo su división incontrolada.
El virus puede introducir un oncogen (que puede proceder inicialmente del hospedador). También puede alterar el marco
de lectura de un gen supresor de tumores o provocar la pérdida de la regulación de un oncogen al insertar un promotor
vírico cerca del promotor del oncogen. Las proteínas víricas llamadas oncoproteínas interfieren en la maquinaria celular
del hospedador.
Las radiaciones ionizantes como la radiación ultravioleta, los rayos X o las radiaciones nucleares de tipo alfa, beta
y gamma pueden ceder su energía al ADN en un fenómeno llamado resonancia. Este aporte de energía hace más reactivas a las bases nitrogenadas provocando reacciones químicas entre ellas como la formación de dímeros de timina.
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Aunque existen mecanismos específicos como la fotoliasa para controlar la formación de estos dímeros es muy posible que estas radiaciones causen mutaciones puntuales o delecciones. La fuente de radiación puede tener relación con el sol, los alimentos, pruebas diagnósticas o tratamientos médicos o con la actividad profesional.
Existe una gran variedad de agentes químicos capaces de producir
mutaciones como los hidrocarburos aromáticos, las aminas aromáticas nitrosaminadas o los agentes alquilantes. Algunos actúan directamente sobre el ADN, otros, como el benzopireno, generan productos
carcinógenos al ser transformados por procesos biológicos de detoxificación como los llevados a cabo por el citocromo P450. El citocromo
P450 hace más solubles ciertas sustancias para su excreción pero puede
generar productos carcinógenos.
Uno de los puntos oscuros en los mecanismos de desarrollo del
cáncer es la causa y los tipos de mutaciones que subyacen a la capacidad invasiva de los tumores malignos a través del establecimiento de
metástasis.
Bibliografía
Genetic errors, cell proliferation, and carcinogenesis.
Viral carcinogenesis: revelation of molecular mechanisms and
etiology of human disease.
(Ver página Web)
Telómeros
Resumen
El telómero es una región de ADN no codificante que se encuentra en los extremos de los cromosomas lineales.
La longitud del telómero varía según la especie y el cromosoma. En la especie humana el ADN telomérico (ADNt) está
formado por la repetición en tándem de la secuencia telomérica “TTAGGG/AATCCC” que se encuentra repetida unas 2000
veces. Los telómeros están implicados en numerosas funciones celulares relacionadas con la estabilidad de los cromosomas
y la división celular. Estructuralmente, el ADN de los telómeros tiene una región de doble hebra y una zona, en el extremo
3’, que carece de hebra complementaria. Las dos hebras del telómero son asimétricas en cuanto a composición y tamaño.
La hebra del extremo 3’ es rica en G y la hebra del extremo 5’ es rica en C.
En los cromosomas lineales la ADN polimerasa no puede copiar las últimas bases del extremo 3’ del telómero ya que
necesita espacio en la hebra molde para la introducción del cebador. Como consecuencia de este impedimento, en cada
ciclo de replicación del ADN los cromosomas lineales sufren un pequeño acortamiento. Si este acortamiento es excesivo
puede verse afectada la integridad del cromosoma. La enzima telomerasa lleva a cabo la elongación de los telómeros que
permite la conservación del tamaño de los telómeros tras los ciclos de replicación. La telomerasa es una ribozima que lleva
consigo un molde de ARN que emplea para sintetizar ADN telomérico en el extremo 3’ del cromosoma.
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Cuando una línea celular no tiene una telomerasa activa, los telómeros de los cromosomas se van acortando de unos 50
a 200 pares de bases en cada división. Si el acortamiento alcanza un nivel crítico se induce la senescencia de las células de
esa línea celular. En definitiva los telómeros se pueden considerar como estructuras dinámicas que actúan a modo de reloj
celular. Su longitud está en relación con el tiempo de vida y depende de varios factores como la velocidad de degradación
de los telómeros y la velocidad y el tiempo de actuación de la telomerasa en cada cromosoma.
Concepto
Los telómeros se relacionan con las siguientes funciones celulares:
Mantenimiento de la estabilidad cromosómica formando estructuras que evitan la fusión de cromosomas o la actuación de mecanismos degradativos, evitando así la muerte celular y la pérdida de genes importantes para la vida de
la célula.
La mitosis. La longitud de los telómeros es uno de los parámetros que determinan el número de divisiones de una
célula y por tanto la duración de su vida.
La meiosis ya que facilitan el reconocimiento de cromosomas homólogos.
La activación o desactivación de la telomerasa influye en el desarrollo y el envejecimiento de los tejidos de un
organismo.
La telomerasa juega un importante papel en alteraciones fisiológicas como el desarrollo de carcinogénesis o la infección por el VIH.
Al ADN telomérico se asocian de forma específica un conjunto de proteínas, además de las histonas, cuyas funciones
aún no se conocen con exactitud. Algunas de estas proteínas conectan el estado del telómero con la regulación de rutas
metabólicas. La pérdida funcional de estas proteínas puede causar graves trastornos. A continuación se describen algunas
de estas proteínas:
Los factores TRF1 y TRF2 (Telomeric Repeat binding Factor 1 and 2) se asocian a la zona de doble hebra del
telómero y están implicados en el control de la longitud del telómero y en la formación y mantenimiento de estructuras protectoras de los telómeros
Proteínas de protección telomérica (POT1) que se asocian a la región monohebra. La proteína POT1 además de
proteger la monohebra puede mediar la acción de TRF1 sobre la longitud del telómero.
La proteína RAP1 (Repressor Activator Protein) que es capaz de interaccionar con TRF2 y parece ser un regulador
negativo de la longitud del telómero.
Helicasas “Bloom” y “Werner” (BLM y WRN). Interaccionan con las proteínas descritas anteriormente y ,aunque sus
acciones aún no se conocen con exatitud, alteraciones en estas proteínas parecen estar relacionadas con enfermedades
que implican inestabilidad genética.
Varios estudios han demostrado que la proteínas que se asocian al telómero son capaces de formar estructuras protectoras en el telómero como el “t-loop” o los “G-cuadrupletes”. El “t-loop” es un lazo en el extremo final del telómero
que se forma al introducirse el extremo monohebra 3’ en la región de doble hebra del telómero. Los G-cuadrupletes son
pliegues que permiten la interacción de varias guaninas de la propia hebra y que se estabilizan gracias a la interacción con
un catión monovalente como el K+ o el Na+. La topoisomerasa I es la enzima que forma estas estructuras de G-cuadruplete
en humanos.
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La telomerasa es una ribozima compleja formada por varias subunidades. Su núcleo principal está compuesto por la subunidad catalítica llamada hTERT (human TElomerase Reverse Transcriptase) de naturaleza proteica y con actividad de transcriptasa inversa, y la subunidad
de ARN llamada hTR (human Telomerase RNA ) que tiene una estructura secundaria específica y hace de molde para la síntesis de ADN
telomérico. En el ensamblaje de la telomerasa participan la Hsp90
(Heat shock protein 90) y la p23. La actividad de la telomerasa está determinada por el tipo de tejido y el momento del desarrollo. Por ejemplo
en tejidos de adultos con intensa renovación como células endoteliales
y el endometrio existe una alta actividad telomerasa. En linfocitos B o
T se induce su actividad cuando son activados. En las células del blastocito se aprecia un alto nivel de telomerasa en casi todos los tejidos
que desaparece después del nacimiento.
Se ha observado que la telomerasa está activa en más del 85 % de
los tejidos cancerosos ya que el mantenimiento del telómero es fundamental para la proliferación continuada de las células cancerosas. La
detección de niveles elevados de telomerasa se ha usado para el diagnóstico precoz del cáncer. Inhibidores de la telomerasa se han utilizado
como agentes antitumorales con alto grado de selectividad. Mutaciones en hTERT y hTR se han asociado a enfermedades
que afectan a la médula espinal y a otros síndromes con una serie de síntomas comunes como el envejecimiento prematuro,
la susceptibilidad al cáncer, la sensibilidad al daño del ADN y los telómeros críticamente cortos. Un ejemplo es el síndrome
“Nijmegen breakage” (NBS).
La telomerasa es una importante potencial diana terapéutica para procesos tumorales. También ha suscitado gran interés
como herramienta para potenciar la supervivencia de células de cultivos celulares para su uso en ingeniería tisular. La
introducción de hTERT es suficiente para originar actividad telomerasa en células que no la tienen. Se han conseguido un
gran número de líneas celulares diferentes de este modo.
La mayoría de las estrategias terapeúticas que actúan sobre el telómero o la telomerasa se encuentran aún en fase de
investigación en el laboratorio.
La terapia con ARN interferente es un efectivo método de inhibición de la expresión de un gen determinado en células
humanas. Se han realizado experimentos de transfección con fragmentos de ARN de 21 nucleótidos cuya diana era el ARN
mensajero de la subunidad catalítica de telomerasa, logrando una reducción de la actividad telomerasa en una variedad
de líneas celulares de carcinomas o sarcomas. Por ejemplo, experimentos realizados con siRNA (short-interfering RNA)
complementario a hTERT y a hTR en cancer de colón demuestran un descenso de la actividad telomerasa de hasta 35 %.
Otra enfermedad donde el papel de la telomerasa es relevante es el SIDA donde se aprecia un déficit en la actividad
telomerasa. En personas con infección crónica de VIH una gran proporción del de células T CD8+ muestran características
de senescencia replicativa. La senescencia replicativa es un estado final de la enfermedad caracterizado por una inhibición irreversible del ciclo celular, múltiples cambios genéticos y funcionales y un acortamiento de los telómeros. Estas
características disminuyen la capacidad proliferativa de los linfocitos ante una estimulación antigénica y permite el avance
del SIDA. Estudios in vitro demostraron que la inducción de la expresión de hTERT aumentaba de forma apreciable la
capacidad para inhibir la replicación del virus VIH-1 y promovía la producción de IFN-gamma y TNF-alfa en respuesta a
una estimulación con derivados peptidicos del VIH. De esta forma, la inducción de la actividad de la telomerasa puede dar
lugar a nuevas formas de inmunoterapia, particularmente durante los últimos estados de enfermedad cuando la actividad
citolítica de las células T CD8+ está muy disminuida. Estudios con células derivadas de individuos infectados muestran
que un incremento de la longevidad de la célula y de la estabilización de la longitud del telómero previene del incremento
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de inhibidores del ciclo celular, aumenta la producción de citoquinas asociadas a respuesta inmune antiviral y retrasa la
pérdida de la expresión de CD28.
La actividad telomerasa también se puede regular modulando la actividad de las proteínas que intervienen en su ensamblaje, como la Hsp90 y la p23. La inhibición de la Hsp90 además de impedir la formación del complejo produce la
degradación de hTERT. Existen inhibidores de la telomerasa como la geldanamicina y la novobiocina.
Otro tipo de moléculas estudiadas como posibles fármacos actúan estabilizando la estructura G cuadrupletes. Algunos
ejemplos de este tipo de moléculas son el “BRACO-19”, la “3,6,9-trisubstituted acridine” y la telomestatina. La telomestatina inhibe la interacción de POT1 con los G-cuadrupletes del telómero. En estudios recientes se comprobó que células
tratadas con telomestatina mostraban un fuerte descenso en los niveles de POT1 unido a los telómeros, produciéndose una
desprotección del telómero y un incremento en su tasa de degradación. También se comprobó que la sobreexpresión de
POT1 permite, no obstante, la resistencia al tratamiento con telomestatina
Bibliografía
Inhibition of telomerase activity in human cancer cells by RNA interference.
The human telomere and its relationship to human disease, therapy, and tissue engineering.
Genetic manipulation of telomerase in HIV-specific CD8+ T cells: enhanced antiviral functions accompany the
increased proliferative potential and telomere length stabilization.
(Ver página Web)
Elementos móviles en el genoma humano
Resumen
Los principales elementos móviles del genoma humano son los transposones que son unidades genéticas móviles con
una amplia diversidad en su estructura y en los mecanismos de transposición que utilizan. Los elementos transponibles son
muy abundantes en el genoma humano y representan una fuerza importante en la modificación de genes y genomas a lo
largo de la evolución.
Se distinguen tres tipos de elementos móviles:
Los de clase I o retrotransposones. En su proceso de transposición primero se transcriben generando ARN que luego
la transcriptasa inversa copia a ADN. Este ADN se reinserta en el genoma en una nueva localización.
Transposones ADN o de clase II. Son fragmentos de ADN que se mueven de un lugar a otro del genoma mediante
un mecanismo de “cortar y pegar” que no requiere la síntesis de un intermediario de ARN.
Transposones clase III. Son minitransposones que se comportan como elementos móviles. Un ejemplo de este tipo
son los elementos conocidos con las siglas MITE “Miniature Inverted-repeats Transposable Elements”
Los transposones pueden moverse por el genoma gracias a la acción de la enzima transposasa. Los transposones que
codifican una enzima transposasa en su propia secuencia se conocen como elementos autónomos frente a aquellos que no
la incluyen que se conocen como elementos no autónomos.
Lejos de ser ADN inservible, recientes estudios atribuyen a los elementos móviles gran importancia en aspectos tan
cruciales como la organización estructural del genoma o la introducción de la plasticidad genómica necesaria para mejorar
la adaptación al medio.
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Concepto
Actualmente se piensa que los elementos transponibles son elementos génicos antiguos que pudieron aparecer incluso antes de la separación entre eucariotas y procariotas. Su presencia en la mayoría de los genomas de procariotas y de
eucariotas demuestra su persistencia evolutiva. A los elementos transponibles se les supone un origen muy antiguo relacionado con los virus, incluso anterior a la separación de procariotas y eucariotas. Provocan diversos efectos, influyendo
profundamente en la organización, integridad y evolución del genoma hospedador así como en su transcriptoma ya que
pueden ejercer acciones reguladoras de la transcripción. Los transposones son agentes mutagénicos ya que pueden causar
mutaciones al insertarse. Pueden insertarse en un gen funcional, en exones, en intrones o en el ADN que flanquea los genes
pudiendo causar la inhibición, destrucción o alteración de la actividad de dichos genes. La abundancia de los distintos tipos
de elementos móviles varía en gran medida según el genoma. En el genoma humano predominan los retrotransposones que
pueden llegar a constituir el 40 % del genoma. Existe una tremenda variación en la abundancia relativa de los transposones
de ADN frente a los retrotransposones (en humanos hay una mayor abundancia de retrotransposones) entre diferentes
especies.
Existen tres clases principales de transposones:
Los transposones de clase I o retrotransposones. Muchos presentan largas repeticiones terminales (LTRs: Long Terminal Repeats) de hasta 1000 pares de bases cada una. Suponen el 40 % del genoma humano. Existen dos grandes
grupos de retrotransposones en humanos: las secuencias LINE (Long Interpersed Nuclear Elements) y las SINE
(Short Interpersed Nuclear Elements). La mayoría de los retrotransposones presentes en el genoma humano son de
tipo LINE que incluyen en su secuencia un gen que codifica una transcriptasa inversa. Presentan una gran diversidad
en su secuencia que permite utilizarlas como “fingerprint” (huella dactilar) de especie. Los elementos LINE pueden
jugar un importante papel en la regulación de la transcripción de numerosos genes. Las secuencias SINE son otro tipo
de retrotransposones de secuencia más corta (de unas 100 a 400 pares de bases). Los elementos SINE son transcritos
por la ARN polimerasa III y en el genoma humano representan el 11 % del genoma.
Transposones de ADN o de clase II. Este tipo de transposones se mueve en el genoma mediante un proceso de
“cortar y pegar” llevado a cabo por transposasas que pueden estar codificadas por el propio transposón o por genes
no incluidos en ese transposón. La transposasa reconoce y se une a ambos extremos del transposón. Estos extremos
son secuencias idénticas invertidas llamadas TIRs (Terminal Inverted Repeats). La transposasa corta el ADN de
forma específica en una secuencia diana originando extremos cohesivos de modo similar a algunas enzimas de
restricción. A continuación el transposón se une al ADN del hospedador, creando dos sitios idénticos repetidos
en cada extremo del transposón. A menudo los transposones pierden el gen de la transposasa convirtiéndose en
elementos no autónomos. Estos elementos no autónomos a veces utilizan las transposasas de otros elementos móviles
que conservan la transposasa para moverse a una nueva localización. En eucariotas se pueden clasificar en tres
grupos principales: (i) aquellos que se escinden de la doble cadena de ADN y se reinsertan en otro lugar del genoma
mediante el mecanismo de “cortar y pegar” (ii) los helitrones que usan un mecanismo de tipo círculo rodante (rolling
circle) para su replicación (iii) y los transposones llamados “Mavericks” que parecen replicarse empleando una ADN
polimerasa codificada en su propia secuencia. Los Mavericks son transposones gigantes con TIRs muy largos. Tienen
la capacidad de codificar una ADN polimerasa de tipo b y otras proteínas.
Los transposones de clase III o MITEs. Son transposones cortos que se caracterizan por su alto número de copias
y homogeneidad en tamaño. Son secuencias de unas 400 pares de bases flanqueadas por repeticiones invertidas de
15 pares de bases. Son demasiado cortas para codificar una proteína, por lo que existen varias hipótesis sobre su
origen y forma de multiplicación. La homogeneidad estructural de la familia MITE indica que estas familias surgen
por amplificación de una sola copia o unas cuantas copias a partir de un progenitor común (otro transposón). Sin
embargo es difícil conectar directamente una determinada familia de MITEs con un transposón autónomo presente
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dentro del mismo genoma. En muchos estudios la similitud entre la familia MITE y el supuesto elemento autónomo
más cercano se limita a la región TIR. Una hipótesis sobre su forma de movilización se basa en la existencia de
transposones más grandes con actividad enzimática propia y con capacidad de reconocer las repeticiones invertidas
de los MITE. La acumulación de familias MITE a lo largo del tiempo crea un reservorio de elementos listos para
una movilización cruzada accidental por nuevos transposones autónomos emergentes, disparando nuevas olas de
amplificación de MITEs y aumentando el material genético del hospedador.
La mayoría de los transposones se mueven a través del genoma por mecanismos no replicativos e incrementan su
número de copias a través de mecanismos indirectos que dependen de la maquinaria del hospedador.
Los transposones, de cualquiera de las tres clases, pueden presentar secuencias que codifican una gran variedad de
productos. Sólo en algunas ocasiones, por medio de mecanismos evolutivos, algunas de las proteínas codificadas por los
transposones quedarán integrados en el genoma del hospedador como elementos útiles y regulables. También gracias a
mecanismos evolutivos, los transposones se han convertido en una diana natural para una serie de mecanismos de silenciamiento como la interferencia por ARN (ARNi) o mecanismos epigenéticos que impiden que se movilicen. Estos sistemas
de defensa intracelular también operan frente a retrotransposones y virus.
Existen otros sistemas de vigilancia de transposones como es el caso concreto de la proteína centromérica CENP-B. Esta
proteína, del mismo modo que sus ortólogos en diversas especies, se encarga de localizar y reclutar enzimas desacetilasas
que silencian a un tipo de retrotransposones, los Tf2. Los retrotransposones Tf2 se agrupan a lo largo del genoma en
unas estructuras discretas organizadas por la CENP-B y otras proteínas que se llaman cuerpos Tf. La proteína CENP-B
es un caso de proteína codificada por un transposon que se ha integrado funcionalmente en el genoma del hospedador.
CENP-B deriva de transposasas pertenecientes a transposones ADN cuya función se piensa era impedir la movilidad de
los retrotransposones en lo que se podría llamar competición entre transposones. La proteína humana CENP-B tiene varias
funciones además de la vigilancia de los retrotransposones. Se encarga de facilitar la formación del centrómero mediante
la unión a pequeñas secuencias repetidas de ADN satélite dentro del centrómero. La CENP-B también se une a muchos
promotores de genes que, en otro tiempo, podrían haber contenido elementos transponibles en sus secuencias. Así las
secuencias de los elementos transponibles podrían verse como módulos reguladores versátiles que potencian la capacidad
de las células de modular la red de regulación génica.
Los transposones de la clase II o de ADN pueden influir en la trayectoria evolutiva de sus hospedadores de tres maneras
distintas:
Alterando genes funcionales al insertarse bien en la región codificadora o en la reguladora
Induciendo la reorganización cromosómica
Como fuente de material genético que, por mutaciones u otros mecanismos, permite la aparición tanto de nuevos
genes como de nuevas secuencias reguladoras
A diferencia de la mayoría de los retrotransposones, muchos transposones ADN del tipo cortar y pegar exhiben una
marcada preferencia para la inserción dentro o en la vecindad de genes lo que les confiere una capacidad potencial para
generar una diversidad alélica en poblaciones naturales o alterar la regulación de genes. Otra importante propiedad es la
de crear mutaciones inestables con fenotipos reversibles. Muchas veces esto se debe a la escisión imperfecta espontánea
del transposón, que puede alterar el gen provocando pequeñas delecciones o inserciones. La generación de nuevos alelos
y la creación de circuitos de regulación es una de las fuerzas principales que subyace en la diversificación de especies. La
capacidad de los transposones de ADN de provocar diversidad alélica a nivel evolutivo es difícil de demostrar aunque en el
laboratorio se ha conseguido un amplio rango de alteraciones de genes y fenotipos causados por escisión de transposones.
Los transposones participan activamente en la organización del genoma en dominios cromosómicos caracterizados por
distintas marcas epigenéticas y distinta actividad transcripcional. Estas marcas son heredables y normalmente estables,
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pero pueden estar sujetas a cambios dinámicos en respuesta a factores ambientales y estrés genético. Las reorganizaciones
a gran escala inducidas por transposasas se consideran una clase particular de eventos de recombinación que influyen en la
plasticidad genómica pudiendo provocar desde inversiones o duplicaciones hasta delecciones de hasta cien kilobases.
Una de las mayores contribuciones de los elementos transponibles
a la evolución del genoma del hospedador es proporcionar una fuente
de material genético para crear nuevos genes y nuevas funciones. Los
elementos transponibles tienen numerosas propiedades que los predisponen para ser integrados por el genoma del hospedador para ganar ventajas funcionales. Esta contribución es difícil de cuantificar ya
que no es fácil trabajar a la escala de tiempo a la que ocurren todos
estos procesos y no existen métodos que determinen con exactitud la
antigüedad de una posible integración de un elemento transponible. El
reciclado de los dominios de unión a transposasas para construir factores de transcripción es un tema actualmente sometido a debate. No
es de extrañar que, debido al largo tiempo evolutivo de convivencia, las
transposasas hayan establecido interacciones con distintos elementos
del hospedador. Un ejemplo de proteína codificada por un transposón
que se ha integrado funcionalmente en el genoma es la proteína CENPB (Ver arriba). Hay también indicios que involucran a las transposasas
en el control del ciclo celular, la recombinación y otros aspectos de la
dinámica cromosómica.
En la generación de anticuerpos existen dos elementos esenciales
para la recombinación genética: (i) las proteínas RAG1 y RAG2 que
interaccionan para formar la recombinasa responsable de la unión y recombinación génica de los segmentos VDJ y (ii) la
señal de recombinación de secuencia (RSS:Recombination Signal Sequence) que flanquea los segmentos VDJ que codificarán, tras la reorganización génica, la región variable de las inmunoglobulinas. Existen evidencias que relacionan estos
elementos con las transposasas de eucariotas. Así, por ejemplo, las transposasas tienen un mecanismo de recombinación
similar al empleado por RAG1/2 y también se ha detectado similitud estructural entre las secuencias RSS y las secuencias
TIRS de los transposones.
Bibliografía
Host genome surveillance for retrotransposons by transposon-derived proteins
DNA transposons and the evolution of eukaryotic genomes
(Ver página Web)
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Proteolisis intracelular (Proteasoma)
Resumen
Uno de los medios que emplean las células para controlar la función de las proteínas es regular su concentración controlando el balance entre síntesis y degradación. El proteasoma es el sistema más importante de degradación de proteínas.
Es un complejo de proteínas de 2500 KDa (26S) presente en la mayoría de los seres vivos. Para que una proteína sea reconocida y degradada en el proteasoma es necesario un marcaje previo con ubiquitina. La ubiquitinación de proteínas es un
mecanismo de etiquetado, como lo son la fosforilación o la glicosilación. Las proteínas ubiquitinadas sufren degradación
en el proteasoma 26S. Existen también un grupo de enzimas (DUBs) que eliminan las ubiquitinas del sustrato. El proteasoma puede degradar proteínas mal formadas o que precisan un recambio por antigüedad. El proteasoma cobra especial
importancia en la degradación de proteínas de vida media muy corta como las ciclinas del ciclo celular, las proteínas que
participan en la cascada de señalización intracelular en respuesta a señales externas o las que participan en la reparación
del daño en el ADN. Debido a la gran cantidad de procesos en los que participan el proteasoma y el sistema de marcaje por
ubiquitinación la repercusión de sus alteraciones puede tener un gran alcance. Alteraciones en elementos del proteasoma
parecen relacionarse con Parkinson y con algunos tumores.
Concepto
En la célula eucariota existen dos vías importantes de degradación de proteínas: la ruta vacuolar y la ruta citoplásmica.
En la ruta vacuolar participan los lisosomas, los endosomas y el retículo. La ruta citoplásmica está mediada por el sistema
ubiquitina-proteasoma. La ruta citoplásmica es fundamental en la regulación de proteínas de vida media corta.
El proteosoma es un complejo proteico de 2500 KDa. Está estructurado en tres subunidades:
Una subunidad 20S que es la partícula núcleo de 670 KDa, con actividad catalítica
Dos subunidades 19S con actividad reguladora
La subunidad 20S tiene forma de barril y es un complejo de cuatro anillos apilados (véase la animación). Cada anillo
está compuesto de siete proteínas. Estos anillos son idénticos dos a dos, los dos externos y los dos centrales, a los anillos
externos se les llama anillos alfa y a los centrales anillos beta. El sitio activo encargado de romper el enlace peptídico se
encuentra en el interior de la cavidad de la subunidad 20S entre los dos anillos beta. Los anillos alfa forman un pequeño
canal que permanece cerrado, las subunidades reguladoras 19S permiten la apertura de este canal y la entrada del sustrato
al proteasoma.
Las subunidades reguladoras 19S son un complejo de cerca de 1000 kDa formado por, al menos, 19 proteínas. Las
subunidades 19S se pueden unir a los dos extremos de la subunidad 20S formando el proteasoma 26S. Cada subunidad
19S se puede dividir en dos subunidades: la base y la tapa. La base se localiza próxima a la subunidad 20S y contiene seis
ATPasas tipo AAA (ATPases Associated with diverse cellular Activities) y cuatro subunidades no ATPasa llamadas Rpn1,
Rpn2, Rpn10 y Rpn13. Se piensa que las seis ATPasas forman un anillo con capacidad de linealizar proteínas permitiendo
su paso por el estrecho canal formado por la subunidad 20S. Recientes estudios indican que aunque exista una gran similitud
entre estas ATPasas sus funciones no son equivalentes. Algunas ATPasas abren el poro, otras reconocen a la ubiquitina y
otras se unen a receptores de ubiquitina que tienen un dominio específico. La tapa está compuesta por ocho componentes.
Seis de ellos tienen un dominio PCI (Proteasome, CSN, eIF3), de función desconocida, y dos tienen el dominio MPN
(Mpr1/Pad1 N-terminal) con actividad metaloproteasa que elimina la ubiquitina del sustrato.
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El proteasoma puede ser regulado mediante distintas vías. Rpn4 es una proteína capaz de estimular la inducción concertada de los genes que codifican el proteasoma. Según las necesidades celulares se puede inducir la expresión de todos
los genes o solamente la inducción de algunos de los genes que codifican el proteasoma.
El gen que codifica Rnp4 está sujeto a una compleja regulación en la que participan varios factores de transcripción
para poder responder a los distintos estímulos y tipos de estrés celular que puedan requerir un aumento en los niveles
de proteasoma. Se ha comprobado que las regiones cercanas al promotor del gen Rnp4 son reconocidas por factores de
choque térmico (Hsfl), por dos factores de transcripción asociados a resistencia a fármacos (Pdr1 y Pdr3) y por el factor de
transcripción Yalp relacionado con la respuesta al estrés oxidativo, entre otros. La proteína Rnp4 también actúa sobre los
promotores de más de 20 genes relacionados con diversas funciones tales como la ubiquitinación, el metabolismo del ARN,
la función vacuolar y la utilización de glucosa. La propia proteína Rpn4 tiene una vida media muy corta siendo su principal
vía de degradación independiente de ubiquitina, aunque también puede ser degradada vía ubiquitina estableciéndose una
retroalimentación negativa en el mecanismo de síntesis del proteasoma.
En la célula también existen mecanismos de regulación de los proteasomas ya sintetizados. De hecho la célula es capaz
de inducir la formación de configuraciones alternativas del proteasoma con propiedades que pueden ser útiles bajo ciertas
condiciones celulares. Por ejemplo, el interferón gamma induce la síntesis de las proteínas LMP2, LMP7 y MECL1 que
formarán parte de las 7 subunidades de proteína que componen cada anillo beta. El proteasoma que contiene estas proteínas
en sus anillos beta es el implicado en el procesamiento de antígeno para su posterior presentación vía MHC de clase I.
Para que una proteína sea reconocida y procesada en el proteasoma es necesario que se encuentre marcada con ubiquitina. El proceso de ubiquitinación de una proteína requiere la participación de tres tipos de enzimas:
La enzima activadora de ubiquitina E1
La enzima conjugadora de ubiquitina E2
La ubiquitina ligasa E3
Gracias a la acción de estas tres enzimas el grupo carboxilo de la glicina del extremo carboxilo terminal de la ubiquitina
forma un enlace con el grupo epsilon amino de un residuo de lisina del sustrato. Hay gran número de enzimas implicadas en
ubiquitinación. Actualmente se cree que la especificidad de la ubiquitinación radica en el reconocimiento de los sustratos
por las enzimas de tipo E, principalmente por la E3 ligasa. Se estima que en el proteoma humano existen 16 enzimas
del tipo E1, 53 del tipo E2 y 527 del E3. Muchas líneas de investigación sugieren que el destino de la proteína marcada
dependerá de la longitud y de la topología de la cadena de ubiquitinas que lleve.
Se puede considerar la ubiquitinación como un mecanismo de señalización celular. La ubiquitinación juega un importante papel en la regulación de la vida media de proteínas implicadas en la señalización intracelular, particularmente en la
regulación de los receptores acoplados a proteínas G y de las propias proteínas G. Se ha observado en algunos casos que
el proceso de activación por ligando de los receptores acoplados a proteína G provoca la ubiquitinación en alguno de los
elementos que participan en la transducción de la señal como la subunidad alfa de la proteína G o el propio receptor.
El sistema proteasoma-ubiquitina es fundamental en el correcto mantenimiento de los niveles adecuados de las distintas proteínas celulares. Fallos en este sistema pueden contribuir a la aparición de enfermedades como el Parkinson, el
Alzheimer, la fibrosis quística o el mieloma múltiple. Debido a la desestabilización en la concentración de proteínas supresoras de tumores o de oncoproteínas importantes en la regulación del ciclo celular las alteraciones en el proteasoma pueden
ocasionar la transformación de células normales en células cancerosas. En varios estudios se relaciona niveles bajos de la
proteína supresora de tumores p27 y una sobreexpresión de Skp2. Skp2 es un tipo de enzima E3 que reconoce y ubiquitina
a p27. En el desarrollo de muchos tipos de cánceres se han detectado niveles bajos de p27.
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Algunos virus con periodos de infección largos tienen mecanismos para interferir en la actividad del sistema ubiquitinaproteasoma. Por ejemplo, los citomegalovirus impiden la presentación antigénica vía MHC de clase I actuando sobre el
proteasoma. El citomegalovirus codifica las proteínas US2 y US11 que se pueden unir a moléculas MHC promoviendo su
ubiquitinación y su posterior degradación. De este modo el citomegalovirus evita la presentación antigénica.
Debido a la gran participación del sistema ubiquitina-proteasoma en la fisiología de la célula este sistema supone
una diana terapéutica potencial en muchas patologías. Actualmente muchos fármacos que actúan sobre el proteasoma
se encuentran bajo estudio como el Bortezomib. El Bortezomib inhibe la actividad del proteasoma al unirse de forma
reversible a una treonina del sitio activo de la subunidad 20S. La interacción del Bortezomib con el proteasoma favorece la
apoptosis afectando a un grupo importante de proteínas reguladoras incluyendo p53, NF-kappaB y Bax que es un inhibidor
proapoptótico de Bcl-2. Dos ensayos clínicos que se encuentran en fase 2 han demostrado que el Bortezomib suministrado
sólo o combinado con dexametasona, es eficaz en pacientes que sufren recaídas de mieloma múltiple. Y en un ensayo en
fase 3 se comprobó que el Bortezomib era más eficaz y seguro que la dexametasona.
Bibliografía
The emerging role of targeted therapy for hematologic malignancies: update on bortezomib and tipifarnib.
Narrative review: protein degradation and human diseases: the ubiquitin connection.
Seven-transmembrane receptors and ubiquitination.
A proteasome for all occasions.
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Dissecting the ubiquitin pathway by mass spectrometry.
(Ver página Web)
Integrinas
Resumen
Las integrinas forman parte de las moléculas de adhesión celular (CAMs: Cell Adhesion Molecules). Son proteínas
de membrana formadas por dos cadenas, la alfa y la beta. Participan en interacciones con proteínas CAMs de otras superfamilias en las que se requiere, en muchos casos, la participación de cationes divalentes como el calcio o el magnesio.
Las integrinas pueden interaccionar con componentes de la matriz extracelular y, a nivel intracelular, interaccionan con
proteínas que las conectan funcionalmente con el citoesqueleto y con enzimas que desencadenan cascadas de señalización.
Estas rutas de señalización son integradas en la célula junto con otras señales, a veces procedentes de otros tipos de CAMs,
pudiendo respuestas tan diversas como la proliferación, la migración, la diferenciación, la muerte o la activación, según el
caso. Su participación en procesos celulares básicos hace que las CAMs sean fundamentales en procesos como la embriogénesis o la regeneración de tejidos. Las integrinas juegan un papel importante en la patogenia de múltiples enfermedades
autoinmunes y en el desarrollo de metástasis en los procesos tumorales.
Concepto
La familia de las integrinas incluye un amplio grupo de proteínas heterodiméricas constituidas por dos subunidades
transmembrana denominadas cadena alfa y cadena beta. Las diferentes subfamilias de integrinas se clasifican según el tipo
de cadena beta que poseen. Hasta ahora se conocen unas 16 cadenas alfa y unas 8 cadenas beta diferentes que combinándose
de forma específica generan 20 integrinas diferentes. En el extremo amino terminal de las cadenas alfa hay 7 u 8 regiones
homólogas tipo integrina, la región tercera y cuarta en algunos casos se unen a cationes divalentes (Ca++, Mg++). Los
cationes ejercen un papel clave en la función adherente de las integrinas. Las cadenas beta son glicoproteínas transmembrana que poseen regiones muy conservadas en la porción extracelular. Ambas cadenas poseen regiones ricas en cisteínas
que participan en la formación de puentes disulfuro intracatenarios. La cadena alfa suele ser la principal responsable de la
interacción con el ligando.
Las integrinas tienen un dominio citoplasmático pequeño que no genera señales intracelulares directamente. Pueden
interaccionar con proteínas adaptadoras originando señales intracelulares al unirse a sus ligandos. Generalmente las integrinas se agrupan en los complejos de adhesión focal en la membrana donde se asocian a proteínas citoplasmáticas como la
talina y la actina alfa, que a su vez interaccionan con proteínas unidas al citoesqueleto como la vinculina, la tensina y la actina. En estos complejos se asocian también proteínas intracelulares involucradas en la generación de señales de activación
como la quinasa de adhesión focal (FAK: Focal Adhesion Kinase), serin/treonin quinasas como la proteín quinasa C (PKC:
Protein Kinase C). Estas enzimas generan cascadas de señalización celular que dirigen fenómenos como la reorganización
del citoesqueleto o la inducción de genes. Estas señales pueden tener efecto sinérgico o antagónico con rutas activadas por
otros receptores celulares produciéndose complejos procesos de integración de señales que convergen en puntos comunes y
finalmente resultan en respuestas de activación, proliferación, diferenciación o muerte celular. Las diferentes subfamilias de
integrinas, clasificadas según su cadena beta, tienen varias nomenclaturas. Tres importantes subfamilias son la subfamilia
beta-1, la beta-2 y la beta-7.
Las proteínas de la subfamilia beta-1 se caracterizan por presentar la cadena beta-1 de tipo CD29. Su cadena alfa puede
ser de varios tipos. En este grupo se incluyen las proteínas VLA (Very Late Activation) con 6 tipos diferentes de cadena
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alfa (CD49a-f) que generan las proteínas VLA1, VLA2, VLA3, VLA4, VLA5 y VLA6. Las proteínas VLA se expresan
en la mayor parte de las células del organismo, excepto en los granulocitos. En basófilos y neutrófilos no existen este tipo
de integrinas y sólo en eosinófilos se expresa la integrina VLA4 (alfa-4/beta-1). Los linfocitos expresan diversas integrinas
beta-1 especialmente si están activados ya que se ha comprobado un incremento significativo días después de la activación.
Las integrinas que comparten la cadena beta-2, conocida como CD18, se denominan integrinas linfoides y se asocian a
tres isoformas de cadena alfa que recibe el nombre de CD11 formando las integrinas:
LFA-1 (Lymphocyte Function-associated Antigen-1) o CD11a/CD18
MAC-1, CR3 o CD11b/CD18
p150,95 o CD11c/CD18
Estas integrinas se localizan en los leucocitos y participan en la adhesión a las células endoteliales activadas, necesaria para
la extravasación de los linfocitos a través del endotelio hacia el foco inflamatorio y en la quimiotaxis de los leucocitos hacia
los sitios de inflamación.
Los miembros de la subfamilia de las integrinas beta-7 se expresan principalmente en linfocitos localizados en placas
de Peyer, en la lámina propia y en el epitelio intestinal.
La afinidad de las integrinas por sus ligandos varía y depende principalmente del estado conformacional del heterodímero y de la densidad y localización de las integrinas en la membrana. Los factores que
producen la activación celular de linfocitos, como antígenos o citocinas, inducen indirectamente el cambio en la conformación de las integrinas aumentando su afinidad por el ligando. Los cambios en la distribución de integrinas en la membrana celular parecen estar causados
por modificaciones del citoesqueleto que ocurren como consecuencia
de las señales intracelulares generadas durante la activación celular. La
presencia de cationes divalentes también puede influir en la conformación de las integrinas afectando las interacciones con sus ligandos.
Las integrinas median interacciones célula-célula y célula-matriz
extracelular. Se unen a proteínas de la matriz extracelular como la
fibronectina y la laminina, a otras moléculas de adhesión como las
ICAM-1 de la superfamilia de las inmunoglobulinas o a moléculas solubles como el fibrinógeno y el Factor de von Willebrand relacionadas
con la coagulación. La unión entre las integrinas y componentes de
la matriz extracelular como la laminina se lleva a cabo gracias a las regiones MIDAS (Metal Ion-Dependent Adhesion Site) formadas por dos
subunidades de la cadena alfa junto con el átomo de calcio. La región
MIDAS reconoce la secuencia de aminoácidos RGDS presente en la fibronectina. Esta secuencia se introduce en el hueco
formado por las dos subunidades y el residuo de aspartato (D) se une por coordinación al ión de calcio.
Las integrinas median interacciones en una gran variedad de células. Así, por ejemplo, las plaquetas activadas usan
la proteína VLA-2 para su adhesión al colágeno, y la VLA-6 para interaccionar con la laminina. Las células endoteliales
también se pueden unir al colágeno y a la laminina mediante VLA-2. La VLA-4, ligando para las moléculas de adhesión
vascular de tipo I (VCAM-I: Vascular Cell Adhesion Molecules-I), se expresa de forma diferencial de modo que está
presente en monocitos, linfocitos T y B y eosinófilos, pero no en neutrófilos y basófilos. Este patrón de expresión puede
que sea un mecanismo de reclutamiento selectivo de leucocitos ante diferentes condiciones.
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Las integrinas son moléculas clave en un gran número de procesos. Defectos en su síntesis pueden originar graves
trastornos como la deficiencia de adhesión leucocitaria tipo I. Esta enfermedad se debe a una deficiencia autosómica recesiva que provoca un defecto en las integrinas de tipo beta-2. Esta deficiencia afecta a procesos dependientes de adhesión
leucocitaria como la fagocitosis de organismos opsonizados (ver el sistema del complemento) ya que el receptor de iC3b
es una integrina
Actualmente se han aprobado dos fármacos que actúan sobre las interacciones de las integrinas. Se trata de dos anticuerpos monoclonales humanizados que actúan reconociendo e interaccionando con dos integrinas. El efalizumab que
interacciona con la integrina LFA-1 y se aplica en el tratamiento de las placas cronificadas de enfermos con psoriasis, y el
natalizumab que interacciona con VLA-4 y se emplea en el tratamiento de la esclerosis múltiple.
Bibliografía
Anti-adhesion therapies
3. Adhesion molecules and receptors
Adhesion molecules and atherosclerosis
(Ver página Web)
Presentación Antigénica
Resumen
La presentación antigénica es un proceso crucial en la activación específica de células inmunes ante un antígeno. En
la presentación antigénica se produce un proceso de reconocimiento molecular entre moléculas del sistema MHC (Major
histocompatibility complex: Complejo mayor de histocompatibilidad) que portan el péptido antigénico y moléculas TCR
(T cell receptor). Las células implicadas en el proceso son, por un lado, las células presentadoras que muestran el complejo MHC-antígeno en su membrana y, por otro, los linfocitos T que aportan sus receptores específicos de membrana
denominados TCRs. La activación de la célula T no sólo exige que exista un reconocimiento molecular entre el complejo
MHC-antígeno y el TCR sino que requiere un conjunto adicional de interacciones entre proteínas de membrana de ambas
células y factores solubles. La complejidad del proceso ha hecho que se llame sinapsis inmune al conjunto de interacciones
que tienen lugar en la interfaz entre la célula T y la célula presentadora.
Las células presentadoras de antígeno tienen la misión de procesar un patógeno y exponer sus antígenos en la superficie
de su membrana para activar a los linfocitos T de forma específica. Dependiendo del tipo de antígeno y de la ruta de
procesamiento los antígenos pueden presentarse vía clase I (MHC-I) o vía clase II (MHC-II) lo que desencadenará un
tipo de respuesta distinta. Casi todas las células del organismo expresan moléculas MHC-I en su membrana, pero sólo las
células presentadoras especializadas llamadas APC (Antigen Presenting Cells) presentan moléculas MHC-II. Son células
APC las células dendríticas, las células de Langerhans de la piel, los macrófagos y los linfocitos B.
Concepto
Los linfocitos T reconocen específicamente antígenos asociados a MHC mediante los receptores de membrana llamados
TCR (T-Cell Receptors). Los TCR son la base de la especificidad de la respuesta inmune celular interviniendo también en la
respuesta humoral. Cada individuo porta un variado repertorio de TCRs (compuesto por unos 2.5 x 107 receptores distintos)
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con una secuencia y una topología especial que permite el reconocimiento específico de antígenos asociados a moléculas
MHC de clase I y de clase II localizadas en la membrana de las células que presentan los antígenos. Cada linfocito T tiene
un receptor TCR diferente que se activa por la interacción específica con un péptido antigénico. La base molecular de esta
variedad en los receptores TCR son los procesos de recombinación entre los diferentes genes del TCR.
Las moléculas MHC podríamos decir que de algún modo determinan la identidad de una célula, ya que la combinación
de alelos de los genes del MHC que tiene cada individuo es muy específica. El reconocimiento de las moléculas MHC en la
membrana de una célula supone para el sistema inmune el reconocimiento de lo propio. La razón de la enorme variedad de
moléculas MHC está en la gran variedad de alelos existentes y las múltiples combinaciones que pueden generarse, lo que
hace que cada individuo tenga un patrón muy específico. Probablemente un punto adicional de complejidad lo aportan los
péptidos propios que, en ausencia de antígenos extraños, rellenan las “binding-grooves” de las moléculas de MHC y que
se ha propuesto sean muchas veces péptidos de MHC. Esta variabilidad es la base de la dificultad de realizar un trasplante
sin que se produzca el rechazo ya que el órgano trasplantado no se reconoce como propio y es tratado como un elemento
extraño por el sistema inmune del receptor.
En el proceso de formación de los linfocitos T y de selección del repertorio de células T se produce la destrucción
del 98 % de las células debido a los procesos de selección positiva y negativa que se producen en el timo. La selección
positiva permite la supervivencia de las células T capaces de interactuar con células con receptores MHC de clase I o II. En
la selección negativa se eliminan los linfocitos T autorreactivos capaces de reaccionar contra antígenos propios unidos a
MHC. Los linfocitos supervivientes se desarrollan expresando los receptores TCR/CD3 y uno de los dos coreceptores CD8
o CD4. El CD3 y bien el CD4 o el CD8 son las principales moléculas de membrana que se encargan del co-reconocimiento
para la activación de la célula en la sinapsis inmunológica, ya que no basta con el reconocimiento entre el TCR y el
complejo antígeno-MHC, sino que se precisa una interacción más compleja para que se produzca la activación.
Existen dos vías principales de presentación del antígeno: vía clase I y vía clase II.
Las moléculas MHC-I estimulan la acción de las células T citotóxicas CD8 positivas que son capaces de destruir a
las células que presentan el antígeno tras el reconocimiento específico entre TCR y el péptido antigénico presentado
en clase I. Las moléculas MHC de clase I se expresan en casi todas las células del organismo.
La vía MHC-II es propia de las APC. Cuando se produce el reconocimiento específico entre TCR y antígeno asociado
a clase II las células presentadoras APC estimulan la activación de linfocitos CD4, que a su vez disparan complejas
respuestas del sistema inmune. Estas respuestas suelen esquematizarse en los perfiles Th1 y Th2. En el perfil Th1
predomina la respuesta mediada por IL-2 e IFN-gamma que disparan especialmente la acción efectora de linfocitos T
citotóxicos y de macrófagos. En perfil TH2 predominan las interleuquinas IL4, IL5, IL6 e IL10 que hacen especiales
protagonistas de la respuesta a los linfocitos B y a los eosinófilos.
El sistema inmune ha evolucionado de forma paralela para reaccionar ante distintos tipos de patógenos. Esto se pone
de manifiesto en las diferentes vías de procesamiento que puede seguir un antígeno según su origen y su vía de entrada.
Unas vías de procesamiento acaban en la presentación vía clase I y otras en la presentación vía clase II.
En el interior de todas las células se produce una constante renovación de proteínas, así como la proteolisis de las
proteínas defectuosas. Este proceso se realiza fundamentalmente en el proteasoma. Algunas proteínas de origen vírico
también van a ser degradadas por esta vía. La destrucción de células infectadas por virus o de células tumorales (con
proteínas defectuosas) se produce al ser reconocidas por los linfocitos T citotóxicos CD8 positivos. Las células que expresan
MHC-I están constantemente expresando antígenos propios que provienen de la degradación de proteínas en el proteasoma.
Cuando aparecen antígenos que son reconocidos como extraños se produce el reconocimiento por parte del TCR/CD3 y
del CD8 de los linfocitos T citotóxicos que lisan a las células que presentan estos antígenos. Por un lado el reconocimiento
activa vías apoptóticas en el interior de las células y también las propias células T citotóxicas pueden formar poros en la
membrana de las células a destruir.
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Los productos del proteasoma son péptidos y la mayoría de ellos son degradados por peptidasas citosólicas. Sólo una
pequeña parte de los péptidos son unidos a un transportador del retículo llamado TAP (Transporter associated with Antigen
Processing) y con gasto de energía son traslocados al interior del retículo endoplásmico. En el retículo existe una peptidasa
que limita la presentación antigénica a los péptidos con un tamaño óptimo para la unión a MHC-I. Citoquinas producidas durante la inflamación inducen el reemplazo de un proteasoma constitutivo por subunidades alternativas y dirigen el
ensamblaje de los inmunoproteasomas. De esta forma se aumenta la capacidad de presentación antigénica al originarse
un conjunto de péptidos cuantitativa y cualitativamente diferentes comparados con el conjunto de péptidos formado por el
proteasoma constitutivo. Una vez en el retículo se cargan los antígenos en la molécula MHC-I. Estas moléculas MHC-I,
ensambladas en el retículo, tras su carga con péptidos son exportadas por vesículas a la membrana.
La molécula de MHC-II, se ensambla también en el retículo. La carga de antígeno se realiza a pH ácido en vesículas
de la ruta endosomal-lisosomal debido al origen de los péptidos a presentar que proceden principalmente de fagocitosis.
Las células APC endocitan material extracelular. Procesan en lisosomas todo lo que fagocitan generando péptidos. Estos péptidos alcanzan los compartimentos endosómicos específicos para clase II en los que el bajo pH induce cambios
conformacionales en la molécula de clase II que acopla en sus “binding-grooves” los péptidos antigénicos y adopta la conformación adecuada para interactuar con el TCR. Aquí el tamaño de los péptidos cargados no es un requisito tan restrictivo
como en la presentación vía clase I. Existen fenómenos de reciclado de moléculas MHC-II en los que desde la membrana
son internalizadas por vesículas.
Las células dendríticas que también presentan antígenos vía MHC-II migran a los ganglios linfáticos y al timo. Allí
es donde se produce el reconocimiento por parte de los linfocitos T CD4 positivos. Este reconocimiento no está aún
completamente comprendido y desencadena una respuesta u otra dependiendo de la naturaleza del antígeno que se presenta
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vía MHC-II. Para activar a los linfocitos T CD4 positivos se precisan dos señales. Una es el reconocimiento del MHCII por parte del TCR. La otra señal es compleja y proviene de sustancias como la interleuquina-1 (IL-1) producida por
macrófagos o de señales coestimuladoras como la producida por el reconocimiento entre B7 (de la APC) y CD28 (del
linfocito). La doble señal (TCR+CD28) activa al linfocito T helper para proliferar y segregar gran variedad de interleuquinas
como la IL-2, que tiene un efecto de autoestimulación en el propio linfocito T helper. También se activan mecanismos de
insensibilización de otras señales.
La activación de una célula T CD4 positiva implica su diferenciación en uno de los dos subtipos posibles, Th1 o Th2.
La diferenciación está mediada por las células dendríticas entre otros factores. Los linfocitos T de tipo Th1 secretan IL-2 e
interferon-gamma (IFN-gamma) y están implicados en la activación de linfocitos T citotóxicos y macrófagos. Los linfocitos
Th2 secretan IL-4, IL-5, IL-6 e IL-10 y activan a eosinófilos y linfocitos B, que pasan a ser células plasmáticas productoras
de anticuerpos. La IL-4 es la responsable del cambio de isotipo de las inmunoglobulinas producidas.
Los lifocitos B expresan en su membrana los receptores BCR (B-cell receptor) que pueden reconocer específicamente
un antígeno. Los anticuerpos que producirá una célula B una vez activada son la versión secretada de los BCR y reconocen
el mismo antígeno. Además los linfocitos B son células APC por lo que pueden internalizar, degradar y presentar los
antígenos asociados a las moléculas de MHC de clase II que expresan en su membrana. De esta forma los linfocitos B
también pueden presentar antígenos a la célula T CD4 positiva conectando ambos sistemas de respuesta.
Bibliografía
Diversity & overlap in the mechanisms of processing protein antigens for presentation to T cells
(Ver página Web)
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Moléculas
LEDGF/p75
Resumen
P75 es una isoforma de la proteína LEDGF (“Lens Epithelium-Derived Growth Factor”) que suele nombrarse LEDGF/p75
o simplemente p75. LEDGF es una proteína recientemente descubierta capaz de interaccionar con el coactivador general
PC4 (Positive Cofactor 4). LEDGF se relaciona con la respuesta frente al estrés y tiene funciones antiapoptóticas. Recientemente ha surgido gran interés la isoforma p75 ya que se ha comprobado que interacciona estrechamente con la integrasa
del virus HIV-1. p75 forma parte del complejo de preintegración (PIC: Pre-Integration Complex) y, aunque no es imprescindible, ayuda a la integración del cDNA vírico en regiones transcripcionalmente activas del genoma. Para ver un modelo
3D de la integrasa del virus unida a LEDGF/p75 pinche aquí
Función de esta molécula
LEDGF es una proteína relacionada con la supervivencia celular ya que actúa como coactivador transcripcional de
proteínas antiapoptóticas relacionadas con el estrés. Se encuentra asociada a la cromatina condensada en el núcleo. Está
codificada en el gen PSIS1 del que derivan dos isoformas p75 y p52. La isoforma p52 también tiene actividad de activador
transcripcional, está presente en más tejidos y no interactúa con la integrasa del virus HIV-1.
Las dos isoformas, p75 y p52, comparten la región N terminal pero la p75 cuenta con un dominio adicional C-terminal
que es el que participa en la interacción con la integrasa. Mediante esta región N terminal ambas isoformas establecen
múltiples interacciones con la maquinaria transcripcional y con secuencias específicas del genoma. Tan sólo la isoforma
p75 tiene el dominio de unión a la integrasa del HIV-1 llamado IBD (“Integrase Binding Domain”) en la zoma C terminal.
Para ver el modelo con el detalle de la interacción pinche aquí
A pesar del gran interés que han suscitado recientemente, aún no se conocen con exactitud las redes de transcripción
reguladas por ambas proteínas.
Patologías relacionadas con esta molécula
Una aberración cromosómica que afecta al gen que codifica la proteína LEDGF se asocia a un tipo de leucemia mieloide
crónica pediátrica. Algunas patologías de tipo autoinmune parecen asociarse a alteraciones de la p75. La participación de
la isoforma p75 en el ciclo de vida del virus del SIDA es el punto más candente en medicina ya que ofrece un nueva posible
diana terapéutica para el SIDA. La p75 juega un importante papel en la fase temprana de la infección vírica al interaccionar
con la integrasa. Actualmente se investiga en nuevas estrategias contra el virus basadas en la interacción integrasa- p75.
La interacción entre integrasa y p75 se produce entre el dominio IBD de la p75, situado en su dominio C-terminal,
y el dominio catalítico de la integrasa del virus del SIDA. Estudios cristalográficos y de resonancia magnética nuclear
han confirmado las regiones de interacción entre ambas proteínas. En la imagen se representan únicamente los dominios
IBD de dos moléculas p75 interactuando con los dominios catalíticos de un dímero de integrasa. La interacción se lleva
a cabo en dos regiones cuya interfaz describiremos a continuación: En la primera interfaz de interacción los aminoácidos
interactuantes son F406 de p75 y W131 de la integrasa del virus HIV-1. En la segunda interfaz de interacción participan
por parte de la integrasa vírica el residuo W132 de un monómero y la región comprendida entre I161 y E170 del otro
monómero y por parte de la p75 los residuos I365 y D366 (para ver modelo 3D pinche aquí). Aunque aún se desconoce la
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conformación que adquiere la integrasa durante el proceso de integración del genoma vírico en el genoma del hospedador,
se ha comprobado que la p75 aparece asociada a la integrasa tanto en el citosol como en el núcleo.
La unión de p75 a la integrasa proporciona una mayor estabilidad y actividad a la integrasa. Por un lado parece que
p75 protege a la integrasa de su ubiquitinación y degradación en el proteasoma en el citosol. p75 posee también secuencias
NLS, que permiten que el cDNA vírico atraviese el complejo del poro nuclear. Por último, aunque no es imprescindible en
el proceso de integración, se ha comprobado que p75 aumenta la capacidad de integración del cDNA vírico y aumenta su
integración en regiones transcripcionalmente activas y ricas en AT.
El conocimiento de los elementos clave de esta interacción entre LEDGF/p75 y la integrasa del virus del SIDA ha permitido diseñar péptidos capaces de bloquear esta interacción que parece fundamental en el ciclo de vida del virus. Así se ha
conseguido diseñar y sintetizar péptidos similares a la región entre los residuos 355 a 377 de la p75 que experimentalmente
han mostrado cierta actividad inhibitoria de la catálisis de la integrasa. También existen datos acerca de un derivado del
ácido benzoico llamado D77 que parece ser capaz de bloquear la interacción entre p75 y la integrasa viral.
Esta molécula es una nueva diana terapéutica para el SIDA que abre nuevas vías de actuación.
Bibliografía
D77, one benzoic acid derivative, functions as a novel anti-HIV-1 inhibitor targeting the interaction between integrase
and cellular LEDGF/p75
Inhibitory profile of a LEDGF/p75 peptide against HIV-1 integrase: insight into integrase-DNA complex formation
and catalysis
Identification of the LEDGF/p75 binding site in HIV-1 integrase
Blocking interactions between HIV-1 integrase and cellular cofactors: an emerging anti-retroviral strategy
Retroviral DNA integration: HIV and the role of LEDGF/p75
Isolation of cDNAs encoding novel transcription coactivators p52 and p75 reveals an alternate regulatory mechanism
of transcriptional activation
Identification and characterization of a functional nuclear localization signal in the HIV-1 integrase interactor LEDGF/p75
(Ver página Web)
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DR52a
Resumen
DR52a es una molécula DR del complejo mayor de histocompatibilidad de clase II (MHC-II) también conocido en
humanos como HLA (Human Leukocyte Antigen). DR52a está formada por una cadena alfa codificada por un gen DRA y
una cadena beta en este caso codificada por el gen DRB3*0101.
La mayoría de las variantes de moléculas DR están codificadas por un gen DRA que codifica la cadena alfa y un gen
DRB1 que codifica la cadena beta. Pero existen personas que cuentan con un gen adicional también capaz de codificar una
cadena beta. Estos genes adicionales son los genes DRB3, DRB4 y DRB5. Este es el caso de DR52a que está formado por
una cadena alfa codificada por un gen DRA y una cadena beta codificada por un gen DRB3.
Las cadenas alfa y beta presentan regiones constantes y regiones variables de cuyo polimorfismo depende la diversidad
de antígenos que pueden presentar. Estas regiones variables se localizan en las regiones extracelulares expuestas de ambas
cadenas y existen posiciones concretas con una especial variabilidad en sus aminoácidos.
La estructura cristalina muestra que la unidad asimétrica está formada por dos moléculas de DR52a cada una con
un péptido acoplado a su “binding-groove”. Así la molécula DR52a aparece en este cristal como un tetrámero (también
llamado dímero de dímeros) alfa-beta como ya aparecía en otros cristales anteriores (Véanse referencias). Para acceder
al modelo 3D del a estructura del tetrámero pinche aquí. Los 2 péptidos que aparecen en el cristal derivan de un péptido
derivado de una integrina de plaquetas humanas denominada (alfaIIb/betaIII). El péptido abarca desde la posición 24 a la
35 y en este caso tiene una leucina en la posición 33. En el cristal existe una sutil diferencia entre los 2 péptidos, ya que
uno de los dos tiene un aminoácido menos. Otra característica del péptido es una mutación artificial en la posición 26 (de
Cys a Arg), introducida por motivos técnicos y que parece no afectar a la afinidad de DR52a por el péptido. Pinche aquí
para acceder al modelo 3D de la “binding-groove”.
Función de esta molécula
Las moléculas del MHC-II se expresan en ciertos tipos celulares que participan en la presentación antigénica de antígenos de origen extracelular. Estas células captan y degradan proteínas extracelulares de forma indiscriminada y acoplan
los péptidos derivados a las moléculas MHC-II al ensamblarse. En este caso, se muestra la molécula DR52a unida a un
péptido derivado de una la integrina de plaquetas (alfaIIb/betaIII). El reconocimiento como extraño por parte de los linfocitos T del péptido presentado desencadenará una respuesta inmune ante todo elemento que contenga dicho péptido. Para
acceder al modelo 3D de las cadenas laterales de la “binding-groove” que interaccionan con el péptido pinche aquí.
Patologías relacionadas con esta molécula
En el caso del péptido del cristal existe un dimorfismo natural de un solo nucleótido (SNP: Single Nucleotide Polymorphism) en el gen que codifica la integrina alfaIIb/betaIII de plaquetas. Esto provoca que unos individuos tengan una
leucina en la posición 33 y otros una prolina. A este dimorfismo corresponden los llamados antígenos de plaqueta humanos
HPA-1a (Leu), y HPA-1b (Pro). La distribución alélica del dimorfismo Pro33/Leu33 en la población guarda una proporción
de 15:85 % en europeos y 30:70 % en africanos.
El antígeno con 33:Leu es el epítopo capaz de desencadenar una aloinmunización en la madre homocigota para la
variante 33:Pro. En el caso de producirse la aloinmunización en la madre debido a pequeñas transfusiones feto-maternas
los anticuerpos de la madre sintetizados frente a la variante 33:Leu pueden atravesar la placenta y causar daños al niño.
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Este tipo de aloinmunización es la causa de la trombocitopenia aloinmune neonatal y de la púrpura postransfusional que
aparece en individuos homocigotos para la variante 33:Pro tras recibir una transfusión sanguínea con el antígeno 33:Leu.
Bibliografía
Crystallographic structure of the human leukocyte antigen DRA, DRB3*0101: models of a directional alloimmune
response and autoimmunity
Three-dimensional structure of the human class II histocompatibility antigen HLA-DR1
Crystal structure of HLA-DR2 (DRA*0101, DRB1*1501) complexed with a peptide from human myelin basic protein
Structural basis for the binding of an immunodominant peptide from myelin basic protein in different registers by
two HLA-DR2 proteins
(Ver página Web)
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Glosario
Antígeno
Definición
Un antígeno es una molécula capaz de producir una respuesta del
sistema inmune adaptativo mediante la activación de linfocitos. Esta
definición amplía el concepto de antígeno más allá del concepto clásico
que definía antígeno como la sustancia que desencadena la producción
de anticuerpos. Así dentro de esta definición de antígeno se incluyen
las moléculas que, previa presentación antigénica, son capaces de desencadenar la activación de células T citotóxicas capaces de destruir las
células diana sin la participación de anticuerpos.
La mayoría de los antígenos son de naturaleza peptídica, aunque
también pueden actuar como antígenos moléculas de distintos tipos
como lipopolisacáridos e incluso ADN. Los antígenos pueden ser
moléculas enteras pero generalmente son el resultado del procesamiento por células presentadoras de antígenos. A las regiones específicas de
los antígenos que son reconocidas por los anticuerpos o por los receptores de células T (TCRs) se les conoce como epítopos o determinantes
antigénicos. Los anticuerpos reconocen epítopos conformacionales que
deben ser accesibles en la proteína original. Los TCR reconocen la estructura que adopta un antígeno, ya procesado, dentro de la bindinggroove de las moléculas MHC. En el proceso de presentación antigénica las células presentadoras de antígeno procesan y presentan tanto proteínas propias como extrañas a las células T. A los péptidos propios que son reconocidos como extraños por el sistema inmune se les llama autoantígenos. La respuesta descontrolada frente a autoantígenos puede ocasionar procesos patológicos.
(Ver página Web)
Retículo endoplásmico
Definición
El retículo endoplásmico es un orgánulo distribuido por todo el citoplasma de la célula eucariota. Forma parte del
sistema endomembranoso. Existen dos tipos de retículo endoplásmico que llevan a cabo funciones diferentes, el rugoso y
el liso. El rugoso se encarga de la síntesis y el plegamiento correcto de las proteínas mientras que el liso lleva a cabo la
síntesis de lípidos, almacenamiento de calcio y detoxificación de drogas.
El retículo endoplásmico es un orgánulo formado por una serie de túbulos, sacos y vesículas rodeados de membrana e
interconectados entre sí. Se pueden distinguir dos tipos: el rugoso y el liso. En las células musculares se encuentra un tercer
tipo derivado del retículo endoplásmico liso conocido como retículo sarcoplásmico.
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El retículo endoplásmico rugoso presenta en su superficie ribosomas que se encuentran sintetizando proteínas cuyo destino puede ser la
membrana plasmática, el exterior de la célula o los lisosomas y endosomas. En el retículo rugoso las proteínas que están siendo sintetizadas
por los ribosomas se pliegan y sufren también algunas modificaciones
post-traduccionales como la N-glicosilación sobre residuos de asparragina. El plegamiento de las proteínas recién sintetizadas es dirigido
por las chaperonas. Las proteínas que se pliegan de forma inadecuada
son degradadas en un proceso conocido como UPR (Unfolded Protein
Response) o respuesta a proteínas mal plegadas. Fallos en esta respuesta pueden causar el acúmulo de proteínas anómalas en el interior del
retículo que puede producir el llamado “estrés del retículo endoplásmico”. Este tipo de estrés se relaciona con la patogenia de importantes
enfermedades como la diabetes o la ateroesclerosis. La respuesta a proteínas mal plegadas está también relacionada con los procesos de autofagia en la que se produce la degradación de los propios componentes
de la célula por formación de autofagosomas a partir de membranas del
retículo endoplásmico.
Tras su paso por el retículo endoplásmico las proteínas pasan mediante vesículas a la cara cis del aparato de Golgi de donde seguirán hacia su localización definitiva. Las proteínas residentes
en el retículo endoplásmico son recuperadas del aparato de Golgi mediante vesículas que proceden de la cara cis del mismo
y regresan al retículo. Debido a su implicación en la producción de proteínas que posteriormente serán secretadas el retículo endoplásmico rugoso es muy abundante en células secretoras, como las células principales del estómago o las células
plasmáticas productoras de anticuerpos.
El retículo endoplásmico liso no presenta ribosomas. Sus funciones principales son la síntesis de lípidos de membrana,
el almacenamiento de calcio y la detoxificación de drogas. Debido a esta última función, el retículo endoplásmico liso es
muy abundante en hepatocitos y aumenta con la ingesta de sustancias tóxicas como el alcohol.
En células musculares lisas y estriadas encontramos una forma especializada de retículo endoplásmico liso conocida
como retículo sarcoplásmico. El retículo sarcoplásmico es un importante almacén del calcio que se utiliza en el proceso de
contracción muscular.
(Ver página Web)
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Lisosoma
Definición
El lisosoma es un orgánulo pequeño característico de células eucariotas. Su función es la digestión tanto de material
endocitado (nutrientes, microorganismos, orgánulos, restos de otras células, etc.) como de material de desecho intracelular (orgánulos inservibles). La alteración de la función de las enzimas lisosomales causa enfermedades crónico-progresivas
graves.
El lisosoma es una vesícula delimitada por membrana. Contiene
multitud de enzimas digestivas que sólo son activas a pH ácido (en
torno a 5) por lo que no suponen peligro para la propia célula al no
ser activas al pH característico del citosol (mucho más básico que el
del interior del lisosoma). Para mantener el pH ácido en el interior el
lisosoma cuenta con bombas de protones. Las enzimas lisosómicas son
principalmente hidrolasas ácidas. Entre ellas se encuentran proteasas,
lipasas, fosfatasas y nucleasas. Las hidrolasas lisosómicas se sintetizan
en el retículo endoplásmico y acaban su maduración en el aparato de
Golgi donde son marcadas con manosa-6-fosfato. Del aparato de Golgi surgen por gemación los lisosomas, conteniendo aquellas proteínas
que fueron marcadas con manosa-6-fosfato. Las proteínas que se encuentran en la membrana de la vesícula están altamente glicosiladas
para evitar su degradación por las hidrolasas del lisosoma.
Los lisosomas que surgen del aparato de Golgi se conocen como
lisosomas primarios. Para digerir orgánulos o microorganismos, estos
lisosomas se fusionan con vesículas autofágicas o fagocíticas respectivamente, y forman lisosomas secundarios.
Hay unos orgánulos conocidos como orgánulos relacionados con
los lisosomas que son específicos de ciertas células y se caracterizan por poseer enzimas propias de los lisosomas. Algunos
ejemplos son los melanosomas de melanocitos y los gránulos densos de plaquetas. Fallos en el funcionamiento de estos
orgánulos causan enfermedades como la enfermedad de Hermansky-Pudlak.
Defectos en la función lisosomal producen las enfermedades conocidas como enfermedades lisosomales. En ellas las
macromoléculas no se degradan y se van almacenando dentro de los lisosomas lo que hace que aparezcan como grandes
vesículas en el citoplasma. Ocurren por deficiencia de las hidrolasas ácidas o de algunas de sus subunidades, de sus activadores, de sus transportadores o del marcaje para dirigirlas a los lisosomas. Las enfermedades lisosomales se clasifican
según la macromolécula que queda almacenada:
Enfermedades lisosomales con acúmulo de glicolípidos, como la enfermedad de Gaucher, la de Tay-Sachs o la de
Fabry
Enfermedades lisosomales con acúmulo de esfingomielina, como la enfermedad de Niemann Pick (tipos A y B)
Enfermedades lisosomales con acúmulo de triglicéridos, como la enfermedad de Wolman
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Enfermedades lisosomales con acúmulo de glucosaminoglicanos, como la enfermedad de Hunter (ó mucopolisacaridosis tipo II)
Enfermedades lisosomales con acúmulo de glucógeno, como la enfermedad de Pompe
Enfermedades lisosomales con acúmulo de glicoproteínas, como la sialidosis
También hay enfermedades lisosomales producidas por defectos en los transportadores localizados en la membrana del
lisosoma como la cistinosis y la enfermedad de Salla, en las que se acumula cistina y ácido siálico respectivamente. También hay enfermedades que se deben a fallos en el marcaje de las proteínas en el Golgi, como la mucolipidosis II y la
mucolipidosis III que es menos grave.
(Ver página Web)
Endosoma
Definición
El endosoma es una vesícula con membrana encargada de transportar el material procedente del exterior que ha sido captado mediante
endocitosis. Este material endocitado podrá ser degradado, si el endosoma se fusiona con lisosomas, reciclado o transportado a través de la
célula vía transcitosis.
Actualmente no se considera que los endosomas sean orgánulos
celulares sino compartimentos dentro del citoplasma que funcionan como transportadores de material procedente del exterior que entra a la
célula por endocitosis. El destino de este material puede ser reciclaje,
degradación y transcitosis.
El proceso de formación del endosoma comienza en primer lugar
con la formación del endosoma temprano por fusión de varias vesículas endocíticas procedentes de la membrana plasmática que pueden están recubiertas por la proteína clatrina. El reciclado de estos materiales
permite que algunas moléculas sean recuperadas y llevadas de nuevo
a membrana plasmática como ocurre en la endocitosis mediada por
receptor, donde el receptor es reciclado. Para llevar a cabo el proceso de degradación del material endocitado, los endosomas tempranos
se convierten en endosomas tardíos que se fusionan con los lisosomas
iniciándose así la degradación del material. En el transporte vía transcitosis el material endocitado se transporta en endosomas de un extremo de la célula a otro liberándose mediante exocitosis.
Este tipo de transporte es característico de la transferencia de anticuerpos maternos de la leche materna desde el intestino
hasta a la sangre del recién nacido. Los anticuerpos maternos, presentes en la leche, son captados por las células intestinales
del recién nacido y se transportan vía transcitosis a los vasos sanguíneos que irrigan el intestino.
El proceso de endocitosis puede ser empleado por algunos virus como mecanismo de entrada en la célula. Uno de
los casos más estudiados es el del virus de la gripe. El virus de la gripe tiene en su envuelta la proteína hemaglutinina
que cambia de conformación según el pH. Cuando el virus ha sido endocitado y se ha producido el descenso de pH en
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la vesícula tras la fusión con el lisosoma la hemaglutinina cambia de conformación permitiendo que el virus salga de la
vesícula al citosol donde puede llevar a cabo su replicación.
Se han descrito alteraciones en endosomas en muchas enfermedades. En neuronas de enfermos de Alzheimer se han
encontrado endosomas de gran tamaño probablemente debido a la expresión de formas mutadas de la proteína APP o a la
expresión de la APP-BP1 (APP Binding Protein 1).
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Codón
Definición
Un codón es un triplete de nucleótidos. Es la unidad básica de información en el proceso de traducción. Cada codón codifica un aminoácido y esta correspondencia es la base del código genético que permite
traducir la secuencia de ARNm a la secuencia de aminoácidos que constituye la proteína.
Un codón es un triplete de nucleótidos. Porta la información para
pasar la secuencia de nucleótidos del ARNm a la secuencia de aminoácidos de la proteína en el proceso de traducción, ya que cada codón
codifica un aminoácido. Hay 64 codones diferentes por combinación de
los 4 nucleótidos en cada una de las 3 posiciones del triplete, pero sólo
61 codifican aminoácidos. Los 3 restantes son codones de terminación
de la traducción, conocidos como codones de parada o codones stop
llamados ocre (UAA), ámbar (UAG) y ópalo (UGA). Hay un codón
de inicio de la traducción, el AUG, que codifica la metionina. Salvo
la metionina y el triptófano que están codificados por un único codón,
los aminoácidos pueden estar codificados por 2, 3, 4 ó 6 codones diferentes. Los codones que codifican un mismo aminoácido muchas veces
tienen los dos primeros nucleótidos iguales, cambiando sólo el tercero.
Así, cambios en el nucleótido de la tercera posición no suponen cambios en el aminoácido (mutaciones silenciosas). De este modo se minimiza el impacto de mutaciones puntuales cuando éstas ocurren en la tercera posición del codón. En cambio las mutaciones
en la primera y segunda posición del codón suelen suponer un cambio de aminoácido (mutaciones “missense”). Normalmente los aminoácidos con las mismas características físico-químicas presentan el mismo nucleótido en la segunda posición
del codón. Así los aminoácidos polares presentan adenina mientras que los apolares presentan uracilo. Mutaciones puntuales en la primera posición dan lugar a aminoácidos similares mientras que cambios en la segunda posición del codón,
dan lugar a la incorporación de aminoácidos de propiedades muy diferentes.
Mutaciones en cualquiera de las tres posiciones del codón pueden dar lugar a la aparición de codones stop provocando
una terminación de la traducción.
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Enlace peptídico
Definición
El enlace peptídico es un enlace amida que se establece entre dos aminoácidos. En la formación del enlace amida se
produce una reacción química entre el grupo amino (-NH2) de un aminoácido y el grupo carboxilo (-COOH) del otro,
formándose un enlace covalente entre el átomo de carbono y el de nitrógeno -OC-NH-, con la pérdida de un grupo OH y
un H para forman una molécula de agua. El ribosoma cataliza la formación sucesiva y ordenada de una serie de enlaces
peptídicos entre distintos aminoácidos en el proceso de la síntesis de proteínas. Esta sucesión de enlaces peptídicos fija
la secuencia primaria de una proteína y su configuración. Cualquier variación de esta secuencia requiere de la rotura del
enlace peptídico.
Los aminoácidos se caracterizan por tener un grupo amino y un
grupo carboxilo unidos a un mismo átomo de carbono, el carbono alfa.
Además del grupo amino y del grupo carboxilo el carbono alfa tiene
unido un átomo de hidrógeno y la llamada cadena lateral que es variable
y caracteriza a cada tipo de aminoácido.
El enlace peptídico, a pesar de ser un enlace simple, tiene cierto
carácter de enlace doble. Este carácter parcial de doble enlace hace que
los átomos que participan en este enlace (carbono, nitrógeno, oxígeno
e hidrógeno) no puedan moverse unos con respecto a otros y queden
en un mismo plano. Sin embargo, los enlaces que se establecen entre
los átomos del plano (carbono o nitrógeno) y los carbonos alfa de los
aminoácidos enlazados sí tienen carácter de enlace simple y permiten
cierto grado de giro.
Un átomo de carbono que sólo establezca enlaces simples, como
es el carbono alfa, presenta estos enlaces dispuestos en una geometría
tetraédrica, donde el núcleo atómico está en el centro del tetraedro y
cada enlace va desde el centro hacia un vértice. Esta visión de la geometría del átomo de carbono es relevante para comprender que la
sucesión de aminoácidos no es una línea recta en el espacio y que el
giro entre el carbono alfa y un plano de enlace peptídico es el responsable de la conformación que adquiere la secuencia lineal de aminoácidos para establecer la estructura tridimensional
(configuración) de la proteína. El giro que puede realizar cada uno de estos enlaces dependerá en gran medida de las
cadenas laterales y las posibles interacciones que haya entre ellas y del medio en el que se encuentre la molécula.
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Enzima
Definición
Una enzima es una proteína que actúa como catalizador de una reacción química acelerándola. Las enzimas son protagonistas fundamentales en los procesos del metabolismo celular. Las enzimas unen su sustrato en el centro reactivo o
catalítico, que suele estar protegido del agua para evitar interacciones no deseadas. En el centro reactivo la disposición
espacial y los tipos de cadenas laterales de aminoácidos son fundamentales para orientar correctamente el sustrato y poder
interaccionar de la forma deseada para llevar a cabo la catálisis de la reacción. Las enzimas son muy selectivas en relación a
los sustratos que modifican. Las enzimas suelen ser mucho más grandes que sus sustratos y en muchas ocasiones requieren
de la participación de otras moléculas más pequeñas no polipeptídicas como las coenzimas (biotina, NADH entre otros) o
los iones metálicos llamados cofactores.
El hecho de que una reacción química sea termodinámicamente favorable depende de la diferencia de energía libre que haya entre los
sustratos y los productos. Si esta diferencia es negativa, la reacción es
espontánea. Aunque una reacción sea espontánea no significa que la velocidad de la reacción sea elevada, existiendo reacciones espontáneas
que tardan segundos y otras que tardan horas. En las reacciones químicas sencillas la transformación de un sustrato en un producto suele
pasar por un estado intermedio llamado estado de transición. Este estado de transición es muy inestable y suele necesitar aporte de energía.
La velocidad de una reacción química depende de esta energía de activación. Para que se produzca una reacción química, sin intervención de
enzimas, es necesario que los reactivos entren en contacto, para lo que
es necesaria una concentración suficiente, y que el choque de moléculas tenga energía para superar la barrera de activación. Este es el motivo
por el que la temperatura influye en el equilibrio químico. La enzima
acelera la reacción química disminuyendo la energía de activación. La
enzima lleva a cabo esta disminución de la barrera energética interaccionando con los elementos que participan en la reacción química
estabilizándolos en el centro reactivo. Así, aumenta enormemente la
probabilidad de que se produzca la reacción química ya que concentra
y pone en contacto los elementos necesarios para la reacción.
La regulación del metabolismo celular se lleva a cabo regulando la actividad enzimática. Existen varias formas de
regular la actividad de una enzima que no son excluyentes entre sí. Se puede regular su concentración, modificar su conformación con ligandos activadores o inhibidores, modificar su localización celular o introducir modificaciones covalentes
como metilación o fosforilación que incluso pueden llegar a alterar la enzima de forma irreversible. No todas las enzimas
tienen la misma importancia en la regulación de una ruta. Suele ser especialmente clave la regulación de las enzimas que
catalizan reacciones poco favorables con energía de activación elevada. En muchos casos las reacciones termodinámicamente desfavorables se acoplan a reacciones espontáneas favorables que les aportan energía. Éste es el caso de la hidrólisis
del ATP (reacción favorable) asociada a los procesos de biosíntesis.
El nombre de las enzimas refleja la especificidad de su función. Las enzimas suelen nombrarse con el nombre del
sustrato seguido de la actividad enzimática más el sufijo “asa”.
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Hay seis tipos de enzimas fundamentales en el metabolismo celular:
Oxidorreductasas: Catalizan reacciones redox con ganancia o pérdida de electrones. Aquí se agrupan deshidrogenasas y las oxidasas entre otras.
Transferasas: Transfieren grupos funcionales. Las quinasas que transfieren grupos fosfatos al sustrato y son fundamentales en metabolismo y señalización intracelular están incluidas en este grupo.
Hidrolasas: Rompen enlaces introduciendo grupos -H y -OH.
Liasas: Pueden añadir grupos funcionales a dobles enlaces, formar nuevos dobles enlaces o participar en la formación
de estructuras cíclicas.
Isomerasas: Convierten unos isómeros en otros. Un ejemplo es la TPI o triosa fosfato isomerasa.
Ligasas o sintasas: Forman enlaces aprovechando la energía de ruptura del ATP como por ejemplo las polimerasas.
Es frecuente que las enzimas que participan en una misma ruta metabólica se encuentren asociadas formando un
complejo que permite la canalización de los sustratos y el incremento de la velocidad de la ruta.
En algunas reacciones enzimáticas participan coenzimas que permiten que durante la reacción la enzima no sufra
modificaciones químicas que le impidan repetir el proceso. La actividad enzimática se restaura con sólo reemplazar la
coenzima y el complejo enzimático queda listo para catalizar una nueva reacción.
Además de las enzimas de naturaleza puramente proteica existen moléculas no proteicas capaces de catalizar reacciones
como las ribozimas, formadas por moléculas de ARN.
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ADN complementario
Definición
El ADN complementario ADNc (cDNA) es una molécula de ADN
complementaria a una molécula de ARNm. Se genera por acción de
la enzima trasncriptasa inversa y tiene múltiples usos tanto en investigación básica como aplicada a biomedicina.
El ADN complementario ADNc (cDNA) es una molécula de ADN
complementaria a una molécula de ARNm. Se genera por acción de
la enzima trasncriptasa inversa y tiene múltiples usos tanto en investigación básica como aplicada a biomedicina.
Los usos del ADNc son múltiples:
Creación de genotecas de expresión. Librerías de ADNc correspondiente al conjunto de genes expresados en un estado determinado. Los fragmentos de ADNc se integran en un vector y se
generan clonos expresando cada uno de los fragmentos
Empleo de ADNc como sondas marcadas en microarrays de expresión
Clonación de genes integrando el ADNc correspondiente al gen
en un vector bacteriano. Este sistema permite obtener grandes
cantidades de proteína en las células transformadas
Deducción de la secuencia de aminoácidos de la proteína correspondiente al ARNm del que procede el ADNc
Se está avanzando mucho en el desarrollo de microarrays basados en ADNc orientados a la prevención, diagnóstico y
seguimiento de distintas enfermedades.
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Caspasas
Definición
Las caspasas son una familia de proteasas involucradas principalmente en la apoptosis y en la activación de citoquinas proinflamatorias.
Son cisteín proteasas específicas de ácido aspártico que tienen una cisteína en su sitio activo y producen proteolisis en un residuo de ácido
aspártico de sus sustratos.
Las caspasas son una familia de proteasas involucradas principalmente en la apoptosis. Son cisteín proteasas, con cisteína en su sitio
activo que rompen sus sustratos en un residuo de ácido aspártico. Se
sintetizan como procaspasas. Las caspasas se pueden activar mediante
proteolisis mediada por otras caspasas activas o por procaspasas o mediante cambios conformacionales inducidos por caspasas activas.
Hay dos tipos de caspasas: iniciadoras y efectoras. Las caspasas
iniciadoras se encargan de activar a las caspasas efectoras que son las
que llevan a cabo las funciones finales. Una caspasa iniciadora puede
activar a muchas caspasas efectoras. De este modo ocurre una cascada
proteolítica, amplificándose el número de caspasas activas finales. El
inicio de la cascada se produce en respuesta a estímulos que disparan el
proceso de la apoptosis. Las caspasas actúan sobre enzimas encargadas
de la reparación del ADN y sobre proteínas estructurales como las de
la lámina nuclear o la actina a las que degradan, y sobre endonucleasas
como la ADNasa a las que activan.
Las caspasas también participan en la respuesta inflamatoria siendo necesarias para la secreción de algunas citoquinas
proinflamatorias como la interleuquina 1-beta (IL-1beta ) y la interleuquina18 (IL-18)
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Cofactor
Definición
Un cofactor es una molécula pequeña necesaria para la actividad de
muchas enzimas.
Los cofactores son iones metálicos o moléculas orgánicas que participan con las enzimas en la realización de una actividad enzimática.
A los cofactores de naturaleza orgánica se le conocen como coenzimas.
Algunos de los iones metálicos más comunes que actúan como cofactores son el manganeso, el magnesio, el molibdeno, el cobalto, el zinc,
el hierro, el níquel, el potasio o el cobre.
Una de las principales funciones de los cofactores es sufrir las
transformaciones químicas necesarias (oxidación y reducción entre
otras) para llevar a cabo la catálisis enzimática. De este modo la enzima
queda intacta pudiendo llevar a cabo la catálisis de nuevas reacciones
simplemente reemplazando el cofactor modificado por otro nuevo o devolviendo el cofactor a su estado inicial.
A los cofactores que se unen fuertemente a la enzima se les conoce
como grupos prostéticos.
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Coenzima
Definición
Una coenzima es una molécula orgánica pequeña necesaria para la actividad de una
enzima. Las coenzimas son cofactores de naturaleza orgánica.
Una coenzima es un cofactor de naturaleza orgánica. Las coenzimas son necesarias para
la actividad de muchas enzimas. La tetrahidrobiopterina, el ATP, el GTP, el NAD, la coenzima A o la coencima Q son algunos ejemplos de coenzimas. Muchas coenzimas son vitaminas o derivados de ellas especialmente de la vitamina B.
Normalmente sufren reacciones de oxidación, reducción y transferencia de grupos
químicos. Las coenzimas sufren las transformaciones químicas necesarias para la catálisis enzimática evitando que la enzima las sufra. De este modo la enzima queda intacta y
puede llevar a cabo otro ciclo de reacciones simplemente cambiando la coenzima.
Las coenzimas tienen un papel fundamental en el metabolismo y en la fisiología del
organismo y, de hecho, hay muchas enfermedades producidas por defectos en coenzimas.
Algunos ejemplos de este tipo de enfermedades son la fenilcetonuria en la que existe un
defecto de tetrahidrobiopterina o la pelagra que se produce por un déficit de NAD (Nicotinamida Adenina Dinucleótido).
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Adipocito
Definición
El adipocito es un tipo celular derivado del fibroblasto cuya principal función es almacenar lípidos, en concreto
triglicéridos y colesterol esterificado, como reserva energética. Existen dos tipos de adipocitos, el blanco y el pardo, que
forman dos tipos de tejido graso. El adipocito blanco se caracteriza por tener una sola vesícula de grasa que ocupa casi todo
el volumen celular quedando el citosol, los orgánulos y el núcleo en una estrecha franja periférica. El adipocito pardo tiene
menos cantidad de grasa presentando un mayor número de vesículas de menor tamaño además de un gran número de mitocondrias. El tejido adiposo pardo tiene como principal función generar calor y el tejido adiposo blanco está especializado
en el almacenamiento de lípidos como reserva energética a largo plazo.
Entre las células del tejido adiposo blanco se han observado
tabiques de tejido conectivo probablemente relacionados con la función
de amortiguación. En los niños pequeños la grasa blanca se distribuye
por todo el cuerpo mientras que en los adultos la acumulación de este
tejido es más localizada. La localización diferenciada en los adultos es
un carácter sexual secundario. El tejido adiposo puede aumentar por un
crecimiento del número de células que lo forman (crecimiento hiperplásico) o por el tamaño de las células existentes (crecimiento hipertrófico).
El tejido adiposo pardo es más abundante en neonatos y va transformándose en tejido adiposo blanco con el desarrollo. Está situado
en regiones estratégicas como rodeando grandes vasos sanguíneos para
mantener siempre la temperatura corporal adecuada. Sus mitocondrias
presentan un gran número de crestas donde se produce una oxidación
desacoplada del proceso de fosforilación oxidativa con lo que la energía
se disipa en forma de calor sin producir ATP.
Determinados estudios in vitro con células del tejido conjuntivo
han determinado factores que pueden influir en la diferenciación hacia adipocitos. La hormona del crecimiento y el IGF-1 (Insulin-like
Growth Factor-1) estimulan esta diferenciación. También se ha visto
que la falta de espacio en los cultivos inhibe la diferenciación hacia adipocitos. En cualquier caso parece ser una combinación de señales solubles y contactos con la matriz lo que determina su formación, aunque los efectos de cada elemento
dependerán también del microambiente de la célula.
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Citoesqueleto
Definición
El citoesqueleto es una estructura dinámica de las células eucariotas que permite mantener o cambiar la forma celular reaccionando a
estímulos externos o internos. Está formada por tres tipos de filamentos
de proteínas de diferente composición, función y características:
Filamentos de actina conocidos también como microfilamentos
Microtúbulos
Filamentos intermedios.
Cada uno de estos filamentos se forma por polimerización de miles
de proteínas iguales. Estos filamentos constituyen el andamiaje celular
al que se pueden asociar muchos tipos de proteínas diferentes para realizar funciones muy diversas. Estos tres tipos de filamentos actúan de
forma coordinada para poder realizar sus funciones. El citoesqueleto es
un factor crucial en la evolución de las células eucariotas.
El citoesqueleto es una compleja red de filamentos característica
de las células eucariotas imprescindible para el buen funcionamiento
celular. Está formado por tres tipos de filamentos: los microtúbulos, los
microfilamentos y los filamentos intermedios.
Los microtúbulos están formados por la polimerización de un
dímero formado por alfa y beta tubulina. Son filamentos rígidos
y huecos de unos 25 nanómetros. Los microtúbulos son filamentos polarizados que crecen por un extremo y por el otro se degradan si no están estabilizados. Los dímeros de tubulina
unidos a GTP son más estables que si están unidos a GDP. Sobre estos microtúbulos, y también sobre filamentos de
actina, se pueden asociar las proteínas motoras, que gracias a repetidos ciclos de hidrólisis de ATP pueden ir moviéndose a lo largo de estos filamentos pudiendo transportar vesículas e incluso orgánulos. Existen varios tipos de estas
proteínas motoras dependiendo del elemento que transporten, orgánulos o vesículas, y de la dirección que tomen.
Por ejemplo, las kinesinas se dirigen hacia el extremo positivo (por donde crecen los microtúbulos) y las dineínas
hacia el negativo (por donde se degradan). Es importante que exista un orden y una regulación en el movimiento
de los distintos elementos intracelulares para el correcto desarrollo de funciones celulares como el tráfico vesicular,
en el que las vesículas deben dirigirse desde el retículo endoplásmico al aparato de Golgi. Los microtúbulos son
esenciales también para la estabilidad de distintos orgánulos como el retículo endoplásmico y el aparato de Golgi y
para la organización y distribución de cromosomas en la mitosis. También forman estructuras capaces de moverse
como cilios y flagelos.
Los microfilamentos o filamentos de actina forman una red cerca de la membrana plasmática. Son más flexibles
que los microtúbulos y tienen un grosor de 5 a 9 nanómetros. Se forman por polimerización de la molécula actina.
La orientación de estos filamentos está controlada por complejos que se forman en la membrana y pueden cambiar
por señales externas. Estos complejos actúan como lugares de nucleación de filamentos de actina que también están
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polarizados. A la actina también se le unen gran número de proteínas que le dan la capacidad de poder realizar una
gran variedad de movimientos superficiales como fagocitosis o citocinesis en los cuales es fundamental la densidad y
orientación de filamentos así como el tipo de proteína asociada. En el caso particular del tejido muscular la asociación
de actina y miosina (que es una kinesina) confiere la capacidad contráctil a este tipo de células. La actina y la tubulina
son proteínas muy conservadas evolutivamente y los filamentos que forman participan de forma coordinada en la
polarización de la célula.
Los filamentos intermedios tienen un grosor de 8-10 nanómetros que es intermedio entre los microtúbulos y los
filamentos de actina (de ahí su nombre). A diferencia de los microtúbulos y los filamentos de actina que están formados por proteínas globulares, los filamentos intermedios están formados por proteínas filamentosas polimerizadas.
Varios filamentos intermedios se enrollan sobre sí mismos a modo de cuerdas. Existen varios tipos de monómeros,
que varían en sus extremos amino y carboxilo terminal, que forman estos filamentos. Por ejemplo, la lámina nuclear
es un tipo de filamento intermedio distinto al que hay en el citosol o a los que forman la queratina en las células
epiteliales. Otra diferencia muy importante con respecto a los otros tipos de filamentos es que los filamentos intermedios no están polarizados. Los filamentos intermedios se distribuyen en la célula formando una red densa cerca
del núcleo que se prolonga hasta la membrana, interaccionando con ella. La función principal de estos filamentos es
la de soportar la tensión mecánica que sufre una célula así como participar en uniones celulares contribuyendo a la
cohesión tisular.
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Interferencia por ARN
Definición
La interferencia por ARN, ARN de interferencia o ARNi, es un proceso de silenciamiento génico mediado por moléculas de ARN. Es característico de células eucariotas y tiene gran importancia en procesos de desarrollo y diferenciación celular, cáncer y defensa frente a virus. Actualmente numerosas técnicas de biología molecular empleadas en investigación básica
y
terapia
se
basan
en
este
proceso.
El ARN de interferencia (o ARNi) es responsable de un proceso
de silenciamiento génico mediado por moléculas de ARN conocidas
como moléculas de ARN interferente. Estas moléculas de ARN interferente pueden ser siRNA (Small Interfering RNA) o microRNA según
su procedencia. Las siRNA tienen origen exógeno mientras que las microRNA están codificadas en el genoma de la célula.
El proceso de ARNi es un proceso complejo donde participan numerosas proteínas pertenecientes a distintas familias. Existen distintas
modalidades según participen moléculas de siRNA o de microRNA.
Este término de glosario se centra en el proceso mediado por moléculas de siRNA.
Se trata de un mecanismo específico ya que el silenciamiento génico se basa en la complementariedad de bases entre la molécula de
siRNA y la molécula de ARN mensajero. Si la complementariedad de
bases es perfecta se producirá la hidrólisis del mensajero mientras que,
si no lo es, simplemente se inhibirá la traducción al impedir la unión
del ribosoma.
El mecanismo mejor caracterizado es aquel que se inicia con la
incorporación a la célula de una molécula larga de ARN de cadena
doble, conocida como dsRNA (Double-Stranded RNA). Esta molécula puede ser introducida artificialmente, o ser un
intermediario en el ciclo de vida de un virus. En el citoplasma la molécula de dsRNA es reconocida por la enzima Dicer que
la fragmenta en pequeñas moléculas de cadena doble, llamadas siRNA (Small Interfering RNA). Cada molécula de siRNA
es incorporada a un complejo multiproteico conocido como RISC (RNAi Silencing Complex). Este complejo separa las
dos hebras de la molécula de siRNA quedándose una de las hebras incorporada en el complejo. La hebra que queda en
el complejo es usada como molde para reconocer a la molécula de ARNm, si la complementariedad con la molécula de
ARNm diana es perfecta el complejo RISC degrada este ARNm. Si por el contrario la complementariedad no es perfecta,
el complejo RISC no degrada el ARNm pero sí evita la unión del ribosoma. En cualquiera de los dos casos se produce
el silenciamiento del gen complementario a la secuencia de la molécula de siRNA. Posteriormente se descubrió que el
complejo RISC unido a la hebra molde del siRNA puede llevar a cabo silenciamiento génico a nivel del núcleo ya que
puede entrar en el núcleo, reconocer secuencias específicas del genoma y alterar el patrón de metilación del ADN y de las
histonas provocando el silenciamiento del gen antes de que llegue incluso a transcribirse.
Al tratarse de un mecanismo de regulación génica, el ARN de interferencia tiene un papel clave en los procesos de
desarrollo y diferenciación celular, en situaciones patológicas como el cáncer o en defensa frente a virus.
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Splicing alternativo
Definición
El splicing alternativo es un proceso de edición post-transcripcional que se produce tras la obtención del ARN mensajero primario. El ARN mensajero primario es la transcripción “literal” de ADN a ARN. En los genes de eucariotas no
todo el ADN que se transcribe en el mensajero primario va a ser traducido. En los eucariotas existen regiones de ADN
que no codifican aminoácidos conocidas como intrones que están flanqueadas por señales de inicio y de parada de la transcripción. Los fragmentos que sí van a codificar la secuencia de aminoácidos de la futura proteína son los exones. Distintas
combinaciones de exones darán lugar a distintas isoformas de la proteína madura. La generación de las isoformas se lleva a
cabo mediante el splicing alternativo. El splicing alternativo permite que en un mismo gen pueda estar codificada la información necesaria para sintetizar distintas proteínas ya que mediante este proceso a partir de un mismo mensajero primario
pueden obtenerse varias secuencias de ARN mensajero maduro dependiendo de cuáles sean los exones que se combinen. El
mecanismo de splicing alternativo es una de las maneras de originar distintas isoformas funcionales de una misma proteína
en diferentes tejidos o compartimentos celulares.
El splicing alternativo añade complejidad a los mecanismos de regulación de la expresión génica ya que permite codificar mayor número
de proteínas con el mismo número de genes. Mediante estudios realizados con métodos informáticos se estima que en humanos cerca de
un 50 % de los productos de los genes son susceptibles de ser procesados por splicing alternativo. El mecanismo molecular que permite la
edición del ARN mensajero primario implica la formación de un complejo ribonucleoprotéico, el espliceosoma. Este complejo es dinámico
y los elementos que lo forman van cambiando durante el proceso de
maduración. En la formación del espliceosoma participan unas secuencias pequeñas de ARN que reconocen las regiones iniciales y finales
de los intrones, son las snRNA (small nuclear RNA), que se unen al
menos a siete subunidades proteicas para formar las snRNP (small nuclear ribonucleoprotein). El complejo permite que el intrón forme un
lazo que se corta quedando los exones adyacentes uno detrás de otro.
Una vez escindido, el ARN que forma el intrón es degradado en el mismo núcleo y las snRNP son recicladas.
El procesamiento de los intrones no implica un gasto energético,
pero la sustitución y reordenamiento de ciertos elementos del espliceosoma sí requiere el consumo de ATP. El proceso de maduración es muy
preciso. Diferentes elementos del espliceosoma se van uniendo al transcrito primario según éste se va sintetizando y delimitan las secuencias tanto de intrones como de exones para un procesamiento posterior.
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Ligando
Definición
En términos muy generales se puede definir un ligando como una
molécula capaz de ser reconocida por otra provocando una respuesta biológica. Por ejemplo, podemos encontrar ligandos como las hormonas
implicados en la señalización intercelular, o ligandos que actúan como reguladores de la actividad enzimática uniéndose a las enzimas que
modulan. En la transmisión de información biológica mediante el reconocimiento molecular se podría decir que el ligando es el agente pasivo. En el reconocimiento molecular intervienen tanto la topología de
las moléculas como sus características físico-químicas que permiten la
formación de enlaces no covalentes reversibles. La actividad que desencadena el reconocimiento de un ligando puede variar desde la apertura
o cierre de un canal iónico a la regulación de la acción de una enzima
o el inicio de una cascada de señalización intracelular.
El reconocimiento de ligandos por receptores de membrana es un
evento clave en la señalización celular. La unión del ligando a su receptor generalmente provoca un cambio conformacional del receptor que
puede favorecer la apertura de un canal iónico (como ocurre en la sinapsis) o la síntesis de un segundo mensajero al favorecer una reacción
enzimática (como ocurre en las cascadas de señalización intracelular).
Las hormonas son un ejemplo de ligandos que necesitan de la unión a
un receptor de membrana para completar el proceso de transmisión de información entre células.
El término ligando también se emplea para designar las pequeñas moléculas que se unen a enzimas de forma no
covalente regulando su actividad. A diferencia de los sustratos y los cofactores los ligandos no participan en la reacción.
Existen casos en que el ligando y el sustrato de una enzima pueden ser la misma molécula. Este es el caso de la enzima
fosfofructokinasa (PFK) que usa el ATP como sustrato a bajas concentraciones y, en cambio, a altas concentraciones el
ATP actúa como ligando uniéndose a otra región de la enzima provocando la inhibición de su actividad.
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Monocito
Definición
El monocito es un leucocito del tipo agranulocito. Entre otros aspectos se caracteriza por tener un núcleo arriñonado.
Representa del 2 al 9
El monocito es un leucocito del tipo agranulocito. Se caracteriza por presentar un núcleo en forma de riñón y expresar
el antígeno CD14. Circulan por la sangre aproximadamente de 1-3 días, tras los cuales pasan a los tejidos en un proceso
conocido como extravasación. La extravasación ocurre gracias a la capacidad de los monocitos de reconocer a las células
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endoteliales y unirse a ellas. La unión se produce gracias a las moléculas de adhesión ICAM-1 expresadas en las células
endoteliales y las LFA-1 presentes en los monocitos. Una vez están en los tejidos los monocitos se convierten en macrófagos
para llevar a cabo la función de fagocitosis y la presentación antigénica.
El monocito lleva a cabo la función de fagocitosis de partículas rodeadas de IgG y de factores del complemento. Existen
diversas citoquinas que regulan la actividad de los monocitos:
La IL-10 estimula la expresión de receptor 1 de la fracción constante (Fc) de la IgG estimulando la fagocitosis
mediada por IgG y por complemento.
El interferón gamma también estimula la expresión del receptor 1 de la fracción constante de la IgG
La IL-4 disminuye la expresión de todos los receptores de IgG disminuyendo la fagocitosis mediada por IgG y activa
la expresión de los receptores de la molécula del complemento C3 activando la fagocitosis mediada por C3.
El monocito también actúa como célula presentadora de antígeno (APC : Antigen Presenting Cell), ya que expresa
MHC-II (complejo principal de histocompatibilidad de tipo II). La actividad de los monocitos como células presentadoras
de antígeno también se regula mediante citoquinas. La IL-4 y el interferón gamma estimulan la expresión de MHC-II
mientras que la IL-10 la inhibe.
Otra de las funciones de los monocitos es almacenar hierro procedente de los eritrocitos lisados. Los monocitos incorporan el hierro gracias a la expresión de receptores para la ferritina y para la transferrina.
En el proceso de la inflamación, los macrófagos activados sintetizan y liberan moléculas que atraen a los monocitos a la zona de inflamación y aumentan la expresión de las moléculas de adhesión en
monocitos y en células endoteliales de vasos sanguíneos para su extravasación a tejidos. Estas moléculas son conocidas como quimioquinas. Algunos ejemplos de quimioquinas son la proteína MCP-1
(Monocyte Chemotactic Protein-1: proteína quimiotáctica de monocitos 1), la proteína RANTES (Regulated on Activation, Normal T Expressed and Secreted) y la MIP (Macrophage Infectivity Potentiator :
proteína inflamatoria de los macrófagos). Los macrófagos activos también puede sintetizar otras citoquinas como el TNF, IL-1 y el interferón
gamma.
El monocito procede de una célula madre hematopoyética. De la
célula madre hematopoyética deriva un progenitor mieloide común, del
que derivan a su vez el eritrocito, los distintos tipos de leucocitos entre los que se encuentra el monocito, y las plaquetas. En el caso del
monocito, del progenitor mieloide común se forma la unidad formadora
de colonias granulocito/macrófago (CFU-GM). Las células que forman
estas colonias pasan a monocitos al ser estimuladas por IL-3 o GM-CSF
(Granulocyte-Macrophage Colony-Stimulating Factor: factor estimulante de colonias granulocito/macrófago). Si los monocitos son estimulados con M-CSF (Macrophage Colony-Stimulating
Factor: factor estimulante de colonias de macrófagos) dan lugar a macrófagos, mientras que si son estimulados con GMCSF, IL-4 y TNFalfa originan células dendríticas Las citoquinas del entorno y otras señales de diferenciación, estimulan la
interconversión de estas células entre sí.
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Neutrófilo
Definición
Los neutrófilos son un tipo de glóbulo blanco, de tipo de granulocito, cuya principal función es fagocitar y destruir a bacterias y participar
en el inicio del proceso inflamatorio. Los neutrófilos se caracterizan
por tener un núcleo lobulado y gran cantidad de gránulos y lisosomas
en su citoplasma con diferentes contenidos que les permiten realizar
sus funciones específicas.
Existen tres tipos de glóbulos blancos: linfocitos, monocitos y granulocitos. Los granulocitos reciben ese nombre por el aspecto granular
que tienen al microscopio debido a la gran cantidad de gránulos y lisosomas que contienen. Los neutrófilos reciben ese nombre por no tener preferencia por colorantes ácidos ni básicos. Como características
propias, además de la gran cantidad de gránulos, presentan un núcleo
multilobulado (con 2 a 5 lóbulos) por lo que también se llaman leucocitos polimorfonucleares. Hay un 10 % de neutrófilos que tienen un
núcleo alargado y de grosor uniforme que son los neutrófilos bastonados.
Los granulocitos provienen de la línea hematopoyética mieloide y
tienen una diferenciación común con los macrófagos. Su principal función es fagocitar y destruir bacterias. Son los glóbulos blancos más
abundantes en la sangre y su vida media es muy corta (de horas a días).
Los neutrófilos son atraídos por quimiotaxis por productos procedentes de células muertas, polisacáridos bacterianos y
productos de degradación del complemento. Al estimular su movilización salen de los vasos sanguíneos por diapédesis.
Los neutrófilos tienen en su membrana receptores que reconocen anticuerpos, factores del complemento unidos a bacterias
y polisacáridos bacterianos. Esto estimula la fagocitosis de las bacterias y su posterior destrucción. Los gránulos de los
neutrófilos contienen gran cantidad de enzimas y sustancias para realizar su función: enzimas lisosomales, catepsina G,
colagenasa inespecífica, colagenasa G, fosfolipasa A2, fosfatasa alcalina, fagocitina.
(Ver página Web)
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Oncogen
Definición
Los oncogenes son las versiones mutadas de los protooncogenes.
Los protooncogenes son genes involucrados directa o indirectamente
en la proliferación celular que al alterarse, convirtiéndose en oncogenes, pueden provocar la transformación de una célula normal en célula cancerosa. Las alteraciones genéticas que se producen en las células
cancerosas dotan a estas células de una capacidad de división incontrolada e ilimitada y de la capacidad de vivir y colonizar tejidos diferentes
del original. Para que una célula se convierta en cancerosa se necesita la acumulación de varias mutaciones y su transmisión a las células
hijas. No basta con la activación de un solo oncogén.
Los oncogenes estimulan la proliferación celular evitando los
mecanismos de control de la división celular. Otro grupo de genes que
se alteran en el desarrollo del cáncer son los genes supresores de tumores que codifican proteínas inhibidoras del ciclo celular. La pérdida
de la función supresora de este tipo de genes suele requerir la alteración
de los dos alelos que codifican la proteína inhibidora.Distintos factores
pueden favorecer la formación de células tumorales actuando bien sobre los oncogenes o sobre los genes supresores de tumores alterando el
mecanismo molecular de la célula normal. Factores internos como mutaciones somáticas y predisposición genética y factores externos como
virus oncogénicos, radiación ionizante (Luz untravioleta, rayos X, isótopos radiactivos) y agentes químicos pueden ser la
causa desencadenante de un proceso tumoral.
(Ver página Web)
Plásmido
Definición
Los plásmidos son fragmentos extracromosómicos de ácidos nucléicos (ADN o ARN) que aparecen en el citoplasma
de algunos procariotas. Son de tamaño variable aunque menor que el cromosoma principal. Cada bacteria puede tener uno
o varios a la vez. Los plásmidos tienen una conformación variable que puede ser lineal, circular o con estructura superenrrollada. El control de la replicación del plásmido depende del tipo de plásmido, existiendo plásmidos cuya replicación
está acoplada con la replicación del cromosoma bacteriano y plásmidos cuya replicación no está relacionada con la del
cromosoma. El tipo de genes que portan los plásmidos es variado, tratándose generalmente de genes que aportan ventajas
adaptativas a la bacteria que los porta: genes de resistencia a antibióticos, genes de producción de sustancias tóxicas para
otras bacterias o genes que codifican enzimas útiles para degradar sustancias químicas.
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Los plásmidos se pueden clasificar siguiendo distintos criterios.
Uno de estos criterios es el tipo de genes que portan. Así se define el
grupo de plásmidos con genes de degradación de sustancias, el grupo
de plásmidos con genes de fertilidad, el que porta genes de virulencia
o el grupo que porta genes de resistencia.
Los plásmidos son herramientas muy útiles en ingeniería genética
para la transformación génica y la manipulación genética de procariotas y eucariotas. Los plásmidos empleados en ingeniería genética se
llaman vectores. Son muy útiles para sintetizar en grandes cantidades
proteínas de interés, como la insulina o los antibióticos, mediante un
procedimiento conocido como transformación. El proceso de transformación comienza con la selección de un plásmido adecuado, en el que
se introducen los genes que se quieren expresar con protocolos específicos que usan enzimas de restricción y DNA ligasa. Posteriormente
se transforma un tipo de bacteria con el plásmido modificado y se seleccionan las bacterias transformadas que produzcan las sustancias deseadas. Estas bacterias se cultivan en sistemas de tipo biorreactores para
su crecimiento en grandes cantidades. En este proceso se eligen plásmidos con características que permitan seleccionar las bacterias transformadas en un medio de cultivo como por ejemplo plásmidos con genes de resistencia a antibióticos o con genes de enzimas
que sinteticen compuestos coloreados.
Aunque los plásmidos no pueden sintetizar una envoltura proteica y se transfieren con dificultad de una célula a otra se
ha hipotetizado que podrían ser los precursores de los primeros virus.
(Ver página Web)
Poro nuclear
Definición
El complejo del poro nuclear es una estructura que permite el intercambio de moléculas entre el citosol y el núcleo de
la célula. Se trata de un complejo molecular muy grande (de unos 125 millones de Da), tiene forma de cesta de baloncesto y
atraviesa la envoltura nuclear. Está formado por unas 100 proteínas ordenadas en simetría ortogonal. El complejo del poro
presenta unos canales acuosos que están permanentemente abiertos y por ellos difunden libremente sustancias de hasta
5000 Da. Proteínas de hasta 60000 Da pueden pasar por transporte activo con una velocidad que depende del tamaño de la
proteína. El número de poros del núcleo es variable y se adapta a los requerimientos del tráfico de sustancias. Normalmente
hay unos 3000 poros por núcleo.
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La envoltura nuclear es la estructura que delimita el núcleo separando del citoplasma el material genético que contiene.
Está formada por dos membranas continuas. La membrana interna está en contacto con proteínas clave para la estabilidad
del núcleo que constituyen la lámina nuclear y la membrana externa es muy parecida a la del retículo endoplásmico. De
hecho ambas estructuras están unidas formando un continuo.
El poro nuclear permite la comunicación entre el citoplasma y el núcleo ya que permite el paso de sustancias a través de
la envoltura nuclear. Así, posibilita la necesaria entrada de proteínas y bases nitrogenadas al interior del núcleo y la salida
de ARNm, ARNt y ribosomas al citoplasma. Durante la mitosis el poro se desorganiza al igual que la envoltura nuclear y
se vuelve a reorganizar en interfase a la vez el núcleo.
Para que una proteína sea reconocida para introducirse en el núcleo debe presentar en su secuencia de aminoácidos
una señal de localización nuclear. Esta señal es una secuencia de unos pocos aminoácidos que aunque es variable siempre
es rica en aminoácidos cargados positivamente. La señal de localización celular no se elimina de las proteínas ya que el
proceso de importación o exportación puede repetirse para una misma proteína. Esta señal de localización nuclear se ha
encontrado en proteínas de algunos virus, como el SV40.
En el proceso de transporte a través del poro participan varios elementos. La señal de localización nuclear es reconocida
en el citosol por una proteína llamada importina. La importina es capaz de interaccionar con elementos móviles del complejo del poro permitiendo el paso de la proteína al interior del núcleo. Ya en el núcleo la proteína se separa y la importina
vuelve al citosol saliendo por el poro. El proceso implica un gasto de energía en forma de GTP que va unido a la importina.
Existe además un sistema análogo de exportación muy parecido en el que participa una proteína llamada exportina. Mediante este sistema de la exportina salen los ARN mensajeros ya procesados en el núcleo. Hay procesos, como el ensamblaje
de las subunidades del ribosoma, que requieren varios pasos de sus elementos a través del poro. En estos casos primero se
sintetizan las subunidades proteicas en el citosol que son internalizadas por la importina al núcleo donde se unen a ARN
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ribosómico y una vez ensamblados salen por el poro vía exportina.
(Ver página Web)
Proliferación celular
Definición
La proliferación celular es el incremento del número de células por
división celular. La proliferación celular es más activa durante la embriogénesis y el desarrollo de un organismo y es fundamental para la
regeneración de tejidos dañados o viejos. Es característica de cada tipo
celular por lo que está controlada de forma muy específica. El genoma codifica un conjunto complejo de proteínas que regulan la división
celular y por tanto la proliferación de las células. Asimismo cada tipo
celular presenta una serie de receptores de factores de crecimiento característicos que también regulan la proliferación celular al controlar la
respuesta a tales factores.
El proceso de diferenciación hace que cada tipo celular exprese un
perfil de genes característico. Este perfil de expresión marca la capacidad proliferativa de cada tipo celular y su forma de responder a cada
tipo de estímulo. Hay células, como las epiteliales o las hematopoyéticas, con una alta capacidad proliferativa que están en constante renovación y otras, como las neuronas, que tienen una capacidad proliferativa muy baja.
El control de la proliferación celular es esencial para el correcto funcionamiento del organismo. La pérdida de esta regulación es la
causa de enfermedades como el cáncer donde una célula forma una
línea celular con capacidad de proliferación celular ilimitada e incontrolada debido a mutaciones genéticas. Por el contrario
una pérdida de la capacidad de proliferación celular es uno de los factores que originan el envejecimiento.
(Ver página Web)
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Ubiquitinación
Definición
La ubiquitinación es el proceso de marcaje de una molécula con
ubiquitina. La ubiquitina es una proteína ubicua altamente conservada
de 76 aminoácidos con una glicina en el extremo carboxilo terminal por
donde se une al nitrógeno epsilon de una lisina del sustrato. En algunos
casos se une a extremos N terminales o residuos de cisteína del sustrato. También se pueden unir varias moléculas de ubiquitina a un mismo
sustrato en diferentes residuos (multiubiquitinación). Pueden formarse
cadenas de poliubiquitina. En este caso a la molécula de ubiquitina que
ya está unida al sustrato se le van incorporando nuevas moléculas de
ubiquitina que se unen por sus residuos de lisina (Ver imagen). Existe
diversidad estructural en la formación de estas cadenas de poliubiquitina. La variedad en el número de ubiquitinas y su topología determina
el destino del sustrato.
El proceso de ubiquitinación es esencial en numerosos procesos como el acortamiento y degradación de proteínas por medio del proteasoma, la reparación del ARN o la inflamación. Existen una gran variedad
de enzimas que participan en el proceso de ubiquitinación y desubiquitinación.
En el proceso de ubiquitinación participan 3 tipos de enzimas:
Enzima activadora de ubiquitina E1, (hay 16 diferentes): Esta
enzima se encarga de activar a la ubiquitina con gasto energético, estableciendo un enlace tioester entre la enzima y
la ubiquitina.
Enzima conjugadora de ubiquitina E2, (hay 53 diferentes): Esta
enzima lleva la ubiquitina activa al sustrato.
Ubiquitina ligasa E3, (hay 527 diferentes): Miembro terminal de
la cascada de enzimas conjugantes. No se conoce muy bien su
mecanismo de acción.
Las enzimas que desubiquitinizan o enzimas DUB son proteasas específicas que reconocen e hidrolizan el enlace entre
glicina y lisina. Las DUB se clasifican en cinco familias, se estima que en total hay unas 184:
1. Hidrolasas de C terminal de ubiquitina (UCHs: Ub C-terminal hydrolases)
2. Proteasas de ubiquitina específicas (USPs: Ub-Specific Proteases)
3. Proteínas MJD (Machado-Joseph Disease protease)
4. Proteínas OTU (Otubain protease)
5. Metaloproteasas con motivos JAMM (JAB1/MPN/Mov34 Metalloenzyme)
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Las cuatro primeras son cisteín-proteasas, y las proteínas con motivos JAMM son metaloproteasas dependientes de zinc.
Estas enzimas reciclan las ubiquitinas para mantener el "pool"de ubiquitinas libres y editan los conjugados con ubiquitina.
Los dominios de unión a ubiquitina (UBD: Ub-binding domain) son los dominios responsables del reconocimiento
y unión no covalente a la ubiquitina. Estos dominios tienen de 20 a 150 aminoácidos, tienen una estructura diversa y se
encuentran en enzimas que participan en la ubiquitinación o en la desubiquitinación y en receptores que reconocen cadenas
de mono o poliubiquitina de los sustratos modificados.
Las lisinas de la ubiquitina más susceptibles de unir otras moléculas de ubiquitina para formar una cadena de poliubiquitina son la lisina 48 y la 63 (Ver imagen). La poliubiquitinación en la lisina 48 es la principal señal para sustratos que son
degradados por el proteasoma 26S. Por el contrario la poli o monoubiquitinación a través de la lisina 63 es señal para otro
amplio grupo de procesos dependientes de ubiquitinación, como la reparación de ADN.
(Ver página Web)
Proteasoma
Definición
El proteasoma es un complejo macromolecular cuya función es la
degradación de proteínas. El proteasoma está formado por un gran
número de proteínas que se pueden agrupar en el complejo 20S o
partícula núcleo y los 2 complejos 19S o partículas reguladoras.En la
partícula núcleo residen las actividades proteolíticas y en la subunidad
reguladora se identifican los sustratos y se despliegan las proteínas que
van a ser degradadas. Las proteínas que van a ser degradadas en el
proteasoma han de ser marcadas previamente por una cadena de poliubiquitina.
La proteolisis que se lleva a cabo en el proteasoma es el principal mecanismo de degradación proteica intracelular. El proteasoma está sujeto a una compleja regulación permitiendo a la célula responder a
diferentes situaciones de estrés en las que se necesita una degradación
proteica activa. El proteasoma permite el recambio de las proteínas en
la célula manteniendo los niveles óptimos según el estado celular. Es
especialmente importante en proteínas de vida media corta como las ciclinas del ciclo celular. También participa en procesos de presentación
antigénica o regulando la vida media de receptores de membrana.
(Ver página Web)
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Receptores
Definición
Los receptores son proteínas transmembrana. Principalmente se localizan en la membrana plasmática aunque también se han encontrado receptores en las membranas de los orgánulos. Su función principal es reconocer elementos extracelulares como ligandos que no
pueden atravesar las membranas (hormonas, neurotransmisores, antígenos) u otros receptores presentes en membranas de células vecinas o de patógenos. Como consecuencia de esta interacción a menudo
sufren un cambio conformacional que afecta a la actividad de su dominio intracitoplasmático en un proceso conocido como transducción
de señales.
Los receptores localizados en la membrana plasmática se pueden
clasificar en los siguientes grupos:
Canales abiertos por ligando. Al reconocer el ligando sufren un
cambio conformacional que supone la apertura del canal permitiendo el paso de distintas moléculas. El tipo de moléculas que
pasen a través del canal dependerá de la especificidad del mismo.
Algunos canales permiten el paso exclusivo de una molécula o
ión, otros permiten el paso de un grupo de moléculas parecidas.
Este tipo de receptores son muy importantes en la sinapsis donde
el neurotransmisor liberado en el terminal axónico es el ligando
de receptores de este tipo situados en la membrana de la célula post-sináptica Este tipo de receptores pertenecen a
una misma familia de proteínas transmembrana y son similares en secuencia y estructura.
Receptores acoplados a proteínas G: La unión del ligando provoca la separación de las subunidades de la proteína G,
que se encuentra asociada al receptor en el lado citoplasmático. Las subunidades de la proteína G van a actuar sobre
otras proteínas de membrana (canales iónicos o enzimas principalmente) generando un segundo mensajero. Estos
receptores pertenecen a una familia de proteínas transmembrana caracterizadas por tener siete pasos transmembrana.
Este grupo de receptores son la diana de muchos fármacos.
Receptores asociados a enzimas. La mayoría de estos receptores sólo tienen un paso transmembrana. Pueden presentar la actividad catalítica en el dominio citoplasmático o estar asociados a una enzima.
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Repeticiones Alu
Definición
Las repeticiones Alu son las secuencias repetitivas móviles más abundantes del genoma humano. Son secuencias cortas,
de unos 300 pares de bases, ricas en guanina y citosina. Las secuencias Alu juegan un papel muy importante en la estabilidad
genómica y en el control epigenético de la expresión génica. Estudios recientes confirman la importancia de estas secuencias
en el control de la expresión génica probando que moléculas de ARN transcritas a partir de estas secuencias pueden estar
implicadas en la regulación de la expresión génica durante el proceso de choque térmico actuando sobre la ARN polimerasa
II.
En el genoma humano podemos llegar a encontrar una secuencia
Alu cada 3 kilobases. Cada secuencia Alu está formada por dos repeticiones de una secuencia de unos 120 pares de bases a las que se les llama monómeros. Flanqueando los monómeros encontramos unas repeticiones directas de menor tamaño (de 6 a 18 pares de bases) y en el extremo de cada monómero se encuentra una zona rica en adenina en una
hebra y de timina en la hebra complementaria. La secuencia de ambos
monómeros generalmente es igual salvo en un fragmento de unos 32
pares de bases que está ausente en uno de los monómeros.
Las secuencias Alu son retrotransposones. Normalmente se insertan en regiones ricas en adenina y timina a través de un intermediario
de ARN que es copiado a ADN gracias a la acción de la transcriptasa
inversa. Al introducirse en una nueva región de ADN pueden alterar
la expresión de un gen si se introducen en su región codificante o en
su promotor. Además, la inserción de la nueva copia de la repetición
Alu introduce una secuencia consenso que es reconocida en el proceso de maduración del ARN como punto de corte de intrones en 3’. Al
introducir un nuevo sitio de corte puede afectar a la maduración del
ARN mensajero y a la síntesis de la proteína. Recientemente se han
descrito procesos de reordenamiento génico mediados por este tipo de
secuencias que provocan la aparición de distintos tipos de tumores, generalmente hereditarios. Por ejemplo, en una forma
hereditaria del cáncer colorrectal sin poliposis y del cáncer de endometrio se han detectado dos secuencias Alu situadas en
intrones del gen MLH1 que producen una recombinación que provoca una delección y un reordenamiento del gen.
Las secuencias Alu participan también en la regulación epigenética de la expresión génica. Las citosinas de estas
repeticiones puede ser metiladas alterando así el grado de empaquetamiento del ADN. En procesos como el envejecimiento
y el cáncer se aprecia una desmetilación significativa de los elementos Alu. Este cambio en el patrón de metilación se
asocia con inestabilidad genómica y con reactivación de genes. En un estudio publicado recientemente se identifican y
comparan los distintos elementos Alu desmetilados en células epiteliales de colon normales y tumorales. Otro estudio
reciente corrobora la importancia de estas secuencias en el control de la expresión génica. En este estudio se demuestra que
transcritos de secuencias Alu de humanos pueden participar en el control de la expresión génica durante el choque térmico
actuando sobre la ARN polimerasa II de un modo que hasta ahora sólo se había descrito para proteínas que actúan como
factores de transcripción.
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Especies reactivas de oxígeno (ROS)
Definición
Las especies reactivas de oxígeno (ROS) son un conjunto de
moléculas reactivas producidas en algunos procesos metabólicos en los
que participa el oxígeno. Las ROS son moléculas muy reactivas entre las que se encuentran los iones de oxígeno, los radicales libres y
los peróxidos. Su gran reactividad se debe a que poseen electrones desapareados que les hace reaccionar con otras moléculas orgánicas en
procesos de oxido-reducción.
Las distintas especies reactivas de oxígeno pueden participar en
distintos tipos de reacciones en las que pueden sufrir procesos de oxidación o reducción. De menor a mayor grado de reducción son especies
reactivas de oxígeno:
El anión superóxido O2- que es un potente agente oxidante muy
reactivo con el agua
El peróxido de hidrógeno H2O2
El radical hidroxilo OH que es el más reactivo. Aceptando un
electrón más, el radical hidroxilo da lugar a una molécula de
agua.
También pertenecen a las ROS el óxido nítrico (NO) y el HONO2-. Al
ser especies reactivas las ROS pueden producir efectos dañinos sobre
las células como:
Daños en el ADN
Daños producidos por oxidación de ácidos grasos poliinsaturados y de aminoácidos
Daños producidos por reacciones con metales como el hierro y el cobre
Para evitar estos daños, las células tienen varios mecanismos de eliminación y transformación de las ROS como las
enzimas superóxido dismutasa (SOD) y catalasa y sustancias antioxidantes como el glutatión o la vitamina C que se
encargan de reducir las ROS. En los peroxisomas del hígado el peróxido de hidrógeno participa con la catalasa en funciones
de detoxificación realizando la oxidación de ciertas sustancias como alcoholes, ácido fórmico o fenoles. La alteración del
balance en los mecanismos de producción y eliminación de las ROS, en favor de la producción, origina el estado de estrés
oxidativo en la célula. Además de provocar daños celulares, el estrés oxidativo influye en la regulación de ciertos genes
habiéndose involucrado en la aceleración de los procesos de envejecimiento en la activación de rutas de apoptosis y en la
activación de distintas respuestas de defensa frente al este estrés oxidativo.
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Eritrocito
Definición
El eritrocito o hematíe es la célula sanguínea especializada en el transporte de oxígeno y dióxido de carbono unidos a
hemoglobina. Es de pequeño tamaño y tiene forma bicóncava. No tiene núcleo ni orgánulos.
La forma bicóncava le permite al eritrocito tener una gran superficie en relación a su volumen. De este modo se favorece el intercambio
de oxígeno y dióxido de carbono entre el interior del eritrocito y el
plasma sanguíneo. Los eritrocitos están en el interior de los vasos sanguíneos. Su función es transportar el oxígeno desde los pulmones hacia
los tejidos del organismo y el dióxido de carbono en sentido opuesto.
Tanto el oxígeno como el dióxido de carbono se transportan unidos a
la hemoglobina.
El eritrocito carece de núcleo y de orgánulos. Tan sólo presenta
citoesqueleto y enzimas rodeados por la membrana plasmática. Debido a su sencillez como célula se ha empleado tradicionalmente como modelo celular para estudiar la membrana plasmática por lo que su
membrana es la más estudiada y mejor caracterizada. La mayoría de las
características encontradas en ella se han generalizado al resto de membranas celulares. El citoesqueleto del eritrocito es muy importante ya
que le proporciona su forma bicóncava descrita anteriormente y le permite soportar las grandes tensiones mecánicas a las que se ve sometido
durante su paso por los finos capilares. De hecho existen alteraciones
en las proteínas que conforman el citoesqueleto que conllevan a la formación de eritrocitos con formas anormales. Estos eritrocitos anómalos son más propensos a fragmentarse originando
cuadros de anemia hemolítica.
Además del transporte de oxígeno y de dióxido de carbono, los eritrocitos tienen un papel clave en la regulación del
pH sanguíneo. Intervienen en el mecanismo del tampón carbónico-carbonato gracias a la enzima anhidrasa carbónica que
cataliza la transformación de dióxido de carbono en ácido carbónico.
El eritrocito procede del progenitor mieloide común que a su vez deriva de las células madre hematopoyéticas. Del
progenitor mieloide común se originan los eritrocitos, los leucocitos y las plaquetas. En el caso de eritrocito, del progenitor
mieloide común se forman las células formadoras rápidas de eritrocitos (BFC-E: Burst-Forming Cells - Erythrocyte), que
son estimuladas por la interleuquina 3 (IL-3) para dar colonias de células formadoras de colonias de eritrocitos (CFC-E:
Colony-Forming Cells- Erythrocyte). Estas dan colonias de eritroblastos, cada uno de los cuales, por medio de varios pasos
estimulados por la eritropoyetina (EPO), van a expulsar el núcleo, abandonar la médula ósea roja y se van a dirigir hacia
el torrente circulatorio. Ya en el torrente circulatorio eliminan el resto de orgánulos para dar lugar a un eritrocito maduro.
Cada segundo se producen de 2 a 3 millones de eritrocitos, con una vida media de 120 días
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La anemia o deficiencia de eritrocitos es una de las enfermedades más frecuentes en el mundo. Existen múltiples causas
de anemia:
Deficiencias en la dieta: especialmente de hierro y vitaminas
Delecciones o disfunciones de algunas cadenas de la hemoglobina. A estas anemias se les conoce como talasemias.
Un ejemplo es la anemia drepanocítica.
Autoinmunidad. Un ejemplo es la anemia perniciosa en la que aparecen autoanticuerpos frente al factor intrínseco o
frente a las células parietales que lo producen. Otro ejemplo son las anemias hemolíticas autoinmunes.
Baja producción de eritrocitos por la médula ósea roja, como en el caso de la anemia aplásica.
Defectos en las proteínas del citoesqueleto del hematíe
(Ver página Web)
Fibroblasto
Definición
El fibroblasto es la célula más común y menos especializada del
tejido conjuntivo. Se encarga de la síntesis y mantenimiento de la matriz extracelular y presenta gran capacidad para diferenciarse dando lugar a otros tipos celulares más especializados del tejido conjuntivo.
El fibroblasto forma parte del tejido conjuntivo, junto con los condrocitos, los osteocitos, las células musculares lisas y los adipocitos. El
tejido conjuntivo y las células que lo forman varían según el órgano. El
fibroblasto es la célula más común y menos especializada. Tiene gran
capacidad de diferenciación hacia el resto de células del tejido conjuntivo.
El fibroblasto normalmente tiene forma alargada, fusiforme, citoplasma basófilo, un núcleo elíptico, abundante retículo endoplásmico
rugoso y aparato de Golgi desarrollado.
Su función es la síntesis y mantenimiento de la matriz extracelular,
imprescindible para mantener la integridad del tejido conjuntivo. El
fibroblasto está involucrado además en los procesos de cicatrización,
ya que cuando ocurre daño tisular, se induce mitosis de fibroblastos y
se estimula la producción de, sobre todo, colágeno, que aísla el tejido y
favorece su reparación. También sintetiza los precursores de la matriz
extracelular:
Colágeno. Sintetiza especialmente el colágeno de tipo I, aunque puede sintetizar también otros tipos según el órgano
donde se encuentre el tejido
Sustancia amorfa, formada por proteoglicanos unidos a glucosaminoglucanos
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Proteínas fibrosas que se encuentran embebidas en la sustancia amorfa. Destacan la fibronectina y la laminina. La
fibronectina forma fibrillas que permiten la adhesión de las células a la matriz extracelular. Además, interviene en
la migración de las células y en los procesos de cicatrización. También regula la forma celular y la organización del
citoesqueleto. La laminina forma parte de la lámina basal
Fibras elásticas, formadas por elastina predominantemente y otras proteínas como fibrillina
Los fibroblastos son estimulados por varias citoquinas, destacando el factor de crecimiento transformante beta (TGFbeta : Transforming Growth Factor beta) y factor de crecimiento de fibroblastos (FGF : Fibroblast Growth Factor). El
TGF-beta estimula la producción de colágeno y fibronectina, principalmente en procesos de cicatrización. El FGF estimula
la proliferación de fibroblastos y la síntesis de matriz extracelular.
Plaqueta
Definición
Las plaquetas, también llamadas trombocitos, son fragmentos celulares derivados del megacariocito. Tienen un tamaño de 2-3 micras y
un aspecto discoidal. Carecen de núcleo y su función consiste en la
formación de coágulos para evitar la pérdida de sangre. En su interior poseen varios tipos de vesículas secretoras. Cuando se produce una
lesión que desencadena el proceso de coagulación. Las plaquetas se activan emitiendo una serie de prolongaciones y liberando el contenido
de sus vesículas. De esta forma adquieren gran capacidad de adhesión
y junto a la trombina forman el coágulo que tapona la lesión. La vida
media en sangre de las plaquetas es de unos 10 días, periodo tras el cual
son destruidas en el bazo.
El megacariocito es una célula del tejido hematopoyético que deriva de la serie mieloide. En el proceso de diferenciación el megacariocito pasa por diferentes etapas que implican la división del núcleo
sin división del citoplasma. Se forma así una célula poliploide de gran
tamaño (60 micras o más) que permanece alojada en la médula junto a los vasos sanguíneos y emite una serie de fragmentos celulares al
torrente sanguíneo. Estos fragmentos celulares son las plaquetas.
La plaqueta en la sangre está lista para la formación de un coágulo.
En la fase de amplificación de la coagulación la plaqueta activada libera
sus vesículas que contienen diferentes proteínas como el fibrinógeno, el factor V y el factor VIII/von Willebran que participan activamente en el proceso de coagulación. También se liberan factores de crecimiento de fibroblastos, fibronectina y
otras sustancias como serotonina y calcio que son fundamentales para la actuación de los factores de coagulación.
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Potenciación a largo plazo
Definición
En algunas zonas del hipocampo relacionadas con la memoria y el aprendizaje las neuronas son capaces de establecer
un tipo distinto de sinapsis que necesita la expresión de un tipo especial de receptores de membrana. Ante un estímulo
continuado las neuronas que poseen receptores NMDA para el neurotransmisor glutamato se hacen más sensibles a los estímulos recibidos sintetizando proteínas que aumentan el tamaño y la durabilidad de las placas sinápticas. A este fenómeno
se le llama “long-term potentiation” (LTP) o potenciación a largo plazo y es una de las bases moleculares de la memoria.
Varios estudios realizados en ratas y ratones han permitido identificar un conjunto de neuronas del hipocampo imprescindibles para la memorizacón. También se ha comprobado que, a diferencia de otras regiones del cerebro, en el
hipocampo existen células madre capaces de generar nuevas neuronas que establezcan conexiones sinápticas más sensibles
al fenómeno de potenciación a largo plazo (LTP) para nuevos recuerdos.
La implicación de los receptores NMDA (N-Metil-D-Aspartato),
que interactúan principalmente con glutamato, en el fenómeno de LTP
se pudo comprobar en estudios en los que se impedía el proceso de
LTP tras administrar ácido APV (Amino-5-PhosphonoValeric acid ). El
ácido APV bloquea la acción de los receptores NMDA. En estado de
reposo las neuronas del hipocampo tienen dos tipos de receptores que
unen glutamato. Unos se abren inmediatamente al reconocer y unirse
al glutamato permitiendo la entrada de Na+ que produce la despolarización de la célula postsináptica. El otro tipo de receptor, el NMDA,
que se encuentra bloqueado por Mg++ en estado de reposo, sólo se
abre si el estímulo es prolongado e intenso (una hora o más). Ante
un estímulo prolongado se libera el Mg++ y se produce la apertura de
estos receptores NMDA y entra Ca++hacia el interior de la neurona
postsináptica. Es fundamental que se den las dos condiciones para la
entrada del Ca++, la unión de glutamato a NMDA y el desbloqueo del
canal por un estímulo prolongado. La entrada de calcio a la neurona
provoca la activación de la enzima CaMK-II ( Calcium/calmodulindependent protein kinase II : protein quinasa-II dependiente de calcio
y calmodulina). Esta enzima es clave en el proceso ya que se ha visto
que ratones mutantes para esta enzima no pueden realizar la LTP. Esta
quinasa fosforila una serie de proteínas entre las que se encuentran los receptores de membrana de tipo AMPA (alphaAmino-3-hydroxy-5-Methyl-4-isoxazolePropionic Acid receptor) que también unen glutamato. Los receptores AMPA permiten el paso de iones Na+ produciendo una despolarización parcial que hace a la neurona postsináptica más sensible a
nuevos estímulos nerviosos. También existen evidencias de regulación de la actividad transcripcional mediada por CaMKII, incluyendo un incremento en la transcripción de receptores AMPA y de elementos que hacen aumentar el tamaño de las
placas sinápticas.
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En la LTP se distinguen dos fases. En una primera fase no se detecta actividad transcripcional mientras que en la fase
tardía, con los canales de los receptores NMDA abiertos, sí se detecta actividad transcripcional y traducción de mensajeros.
Los cambios inducidos pueden persistir horas e incluso días. No obstante, la formación de receptores AMPA, que son clave
para el proceso, requiere una estimulación continuada.
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Moléculas de adhesión
Definición
Con el término moléculas de adhesión celular (CAM: Cell Adhesion Molecules) se designa a un grupo diverso de
proteínas de membrana involucradas en procesos biológicos de vital importancia que implican el contacto célula-célula
o célula-matriz como la proliferación, la migración, la diferenciación y la muerte celular. Las CAMs participan en estos
procesos reconociendo receptores específicos que suelen ser otras moléculas CAMs situadas en otras células o en la matriz
celular y originando una serie de señales que se transducen al interior de la célula regulando la transcripción celular después
de la interacción con sus ligandos.
Las moléculas de adhesión se clasifican en las siguientes familias:
Integrinas
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Selectinas
Superfamilia de las inmunoglobulinas
Cadherinas
Proteínas de la matriz extracelular
Las CAMs pueden mediar la adhesión celular de distintas formas:
Por interacción homofílica, las moléculas de una célula pueden unirse a otras moléculas del mismo tipo en células
adyacentes
Interacción heterofílica, las moléculas de una célula pueden unirse a moléculas de diferente tipo en células adyacentes
Distintas células se unen a través de moléculas que reconocen y unen proteínas secretadas
Las moléculas CAMs son muy importantes en la fisiología de la célula. En vertebrados se piensa que más del 3 % de
los genes codifican moléculas de adhesión. Cambios en estas moléculas tienen importantes consecuencias en el comportamiento de las células. En los últimos años, gran cantidad de investigaciones otorgan a las CAMs un papel relevante en
varios procesos clave en medicina como el establecimiento de metástasis y la angiogénesis de tumores o las enfermedades
autoinmunes. Debido a estos nuevos datos se están realizando muchos proyectos de generación de nuevas terapias que
tienen a las CAMs como dianas terapéuticas y que en muchos casos tratan de conseguir anticuerpos frente a CAM para
modular su acción.
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Factor de transcripción
Definición
Los factores de transcripción son proteínas que coordinan y regulan
la expresión de un gen o de un grupo de genes. En muchos casos regulan su propia expresión y también es frecuente que regulen a otros factores de transcripción. Los factores de transcripción interaccionan con
regiones específicas del ADN, con elementos de la maquinaria de transcripción como la ARN polimerasa, con otros factores de transcripción
o con moléculas que activan o inhiben su actividad. Conectan los estímulos externos e internos con las respuestas biológicas actuando como
transductores de señales. El conjunto de los factores de transcripción
de una célula dibuja una red transcripcional cuyas conexiones determinan el conjunto de genes que se expresan en un determinado momento
(transcriptoma).
La transcripción es el proceso en que la información codificada en
el ADN pasa a ARN mensajero. La síntesis del ARN la realiza la ARN
polimerasa, pero para la iniciación y progresión del proceso se necesita
la participación de gran número de proteínas (factores de transcripción)
que posibilitan el acoplamiento de la ARN polimerasa al promotor del
gen en concreto y la síntesis del mensajero en una cantidad precisa.
La regulación de forma más o menos específica de la síntesis de cada
proteína depende de los factores de transcripción.
La diferenciación celular depende de la expresión de un patrón específico de genes, lo que está en gran medida determinado por el perfil de factores de transcripción expresados en cada tipo celular. Dentro de este perfil hay factores de
transcripción constantemente activos responsables de la expresión de los genes constitutivos, y hay otros que se activan o
inhiben en respuesta a estímulos externos. Las redes de señalización intracelular están íntimamente relacionadas con las
redes transcripcionales. La activación de complejas cascadas de señalización intracelular desemboca en muchos casos en la
activación o supresión de uno o varios factores de transcripción que van a orquestar una respuesta determinando el patrón
de genes expresados por la célula.
Una fina regulación de los factores de transcripción es fundamental para el correcto funcionamiento de la maquinaria
celular.
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Código genético
Definición
El código genético es el conjunto de reglas usadas para traducir la
secuencia de nucleótidos del ARNm a una secuencia de proteína en el
proceso de traducción.
El código genético es el conjunto de reglas usadas para traducir
la secuencia de ARNm a secuencia de proteína. Se dilucidó en el año
1961 por Crick, Brenner y colaboradores. Características del código
genético:
La correspondencia entre nucleótidos y aminoácidos se hace mediante codones. Un codón es un triplete de nucleótidos que codifica un aminoácido concreto
El código genético es degenerado: un mismo aminoácido es codificado por varios codones, salvo Triptófano y Metionina que están codificados por un único codón. Existen 64 codones diferentes para codificar 20 aminoácidos lo que obliga a un cierto grado de degeneración en el código. Los codones que codifican un
mismo aminoácido en muchos casos comparten los dos primeros
nucleótidos con lo que se minimiza el efecto de las mutaciones.
En estos casos una mutación en la tercera posición del codón
no cambia el aminoácido codificado denominándose mutación
silenciosa
El codón AUG que codifica la metionina es el codón de inicio y hay tres codones que establecen la señal de terminación de la traducción (UAA, UAG, UGA). Las mutaciones que ocurren en estos codones dan lugar a la síntesis de
proteínas anómalas
Es un código sin solapamiento
Es casi universal. Está conservado en la mayoría de los organismos
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Neurotransmisor
Definición
Un neurotransmisor es una molécula liberada por las neuronas al
espacio sináptico donde ejerce su función sobre otras neuronas u otras
células (células musculares o glandulares). Son elementos clave en la
transmisión de los estímulos nerviosos.
Un neurotransmisor es una molécula liberada por las neuronas al
espacio sináptico. A estas neuronas se les llama pre-sinápticas y contienen gran cantidad de neurotransmisor en vesículas sinápticas. Una
vez liberado al espacio sináptico el neurotransmisor difunde y llega a
la membrana postsináptica donde ejerce su función al unirse a su receptor. Los receptores para neurotransmisores pueden encontrase en otras
neuronas, en células musculares o en células glandulares. Las células
que portan los receptores se llaman células post-sinápticas. Los receptores de estas células pueden ser canales iónicos abiertos por ligando
o receptores acoplados a proteínas G. La función del neurotransmisor
es transmitir una señal desde la célula pre-sináptica a la célula postsináptica. Su efecto puede ser excitatorio si tiende a despolarizar la
membrana o inhibitorio si la repolariza. Después de actuar es degradado o recapturado por la célula pre-sináptica rápidamente.
Los neurotransmisores pueden clasificarse según su tamaño en:
Neurotransmisores de pequeño tamaño: aminoácidos (glicina,
ácido glutámico, ácido aspártico), derivados de aminoácidos (GABA, histamina, serotonina y catecolaminas ) acetilcolina , ATP.
Neuropéptidos, compuestos por más de 3 aminoácidos: somatostatina, vasopresina, oxitocina. Muchos de estos neuropéptidos
actúan también como hormonas, conociéndose como neurohormonas.
Defectos en la síntesis, liberación, degradación o función de los neurotransmisores están involucrados en la patogenia
de una gran cantidad de enfermedades neurológicas, musculares y psiquiátricas.
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Leucotrienos
Definición
Los leucotrienos son eicosanoides derivados de lípidos de membrana. Son producidos por leucocitos y su principal función es la de participar como mediadores de la inflamación. Están involucrados en alergias y asma, entre otras enfermedades
inflamatorias.
Los leucotrienos son eicosanoides derivados de lípidos de membrana que se sintetizan a partir de ácido araquidónico. Son sintetizados
por la enzima 5-lipoxigenasa. Esta enzima necesita la proteína activadora de la lipoxigenasa (FLAP) para actuar. Hay 4 leucotrienos importantes: LTC4, LTD4, LTE4 y LTB4.
Los leucotrienos son producidos por leucocitos de tipo mastocitos,
macrófagos, eosinófilos, basófilos y neutrófilos, frente estímulos como IgE, IgG, peptidoglucano o citoquinas. Los cisteinil-leucotrienos,
LTC4, LTD4 y LTE4 actúan en la respuesta inflamatoria. Sus células
diana son las células del músculo liso de bronquios y de intestino produciendo broncoconstricción y aumento de los movimientos peristálticos, respectivamente. También actúan sobre las células endoteliales de
vasos sanguíneos, provocando vasodilatación y aumento de permeabilidad con una llegada de mayor flujo de sangre a la zona. Estas células diana presentan receptores para estos leucotrienos. El leucotrieno
LTB4 también favorece el reclutamiento de neutrófilos a la zona de
inflamación ya que los neutrófilos tienen receptores para el LTB4. Se
ha encontrado el receptor de LTB4 en placas ateroescleróticas por lo
que podría estar relacionado con la patogenia de la ateroesclerosis. Los
leucotrienos parecen estar involucrados en la patogenia de procesos inflamatorios como alergias y asma. En las alergias, los leucotrienos son liberados en la fase tardía. Hay diversos fármacos que
se usan específicamente frente al asma cuyo mecanismo de acción está basado en la inhibición de la síntesis de leucotrienos,
actuando sobre la 5-lipoxigenasa o la FLAP, o con acción antagonista de receptores de leucotrienos. Se ha encontrado una
actividad aumentada de la enzima 5-lipoxigenasa en enfermedades cardiovasculares. Actualmente se está estudiando la
relación de un incremento en la actividad de esta enzima con enfermedades neurológicas como depresión y ansiedad.
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Proteómica
Definición
La proteómica es el estudio y caracterización de todo el conjunto de proteínas expresadas de un genoma (proteoma).
Las técnicas de proteómica abordan el estudio de este conjunto de proteínas. La Proteómica permite identificar, categorizar
y clasificar las proteínas con respecto a su función y a las interacciones que establecen entre ellas. De este modo, se pueden
caracterizar las redes funcionales que establecen las proteínas y su dinámica durante procesos fisiológicos y patológicos.
La proteómica se está aplicando en la identificación de nuevos marcadores para el diagnóstico de enfermedades, la identificación de nuevos fármacos, la determinación proteínas involucradas en al patogenia de enfermedades y el análisis de
procesos de transducción de señales.
La proteómica es el estudio y caracterización del conjunto de proteínas expresadas de un genoma (proteoma). El proteoma de una célula
varía según el estado en el que se encuentre la célula, si se encuentra en
una situación de estrés, bajo el efecto de fármacos o de una hormona.
Así, en cada momento y en cada tipo celular el perfil de proteínas expresadas será diferente. La proteómica es útil para estudiar estas diferencias. Existen tres ramas en la proteómica que tratan de caracterizar
el proteoma estudiando distintos aspectos del mismo:
La proteómica de expresión se encarga del estudio de la abundancia relativa de las proteínas y de sus modificaciones postranscripcionales
La proteómica estructural se encarga de la caracterización de la
estructura tridimensional de las proteínas
La proteómica funcional se encarga de la localización y distribución subcelular de proteínas y de las interacciones que se producen entre las proteínas y otras moléculas con el fin de determinar su función
La Proteómica permite identificar, categorizar y clasificar las proteínas
con respecto a su función y a las interacciones que establecen entre
ellas. De este modo, se pueden caracterizar las redes funcionales que
establecen las proteínas y su dinámica durante procesos fisiológicos y patológicos.
Las aplicaciones de la proteómica son múltiples, pero actualmente se destacan las siguientes:
Identificación de nuevos marcadores para el diagnóstico de enfermedades
Identificación de nuevos fármacos
Determinación de mecanismos moleculares involucrados en la patogenia de enfermedades
Análisis de rutas de transducción de señales
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Las técnicas más usadas en proteómica se basan en la electroforesis y en la espectrometría de masas. Dependiendo del
objetivo del estudio podemos agrupar las técnicas de proteómica en los siguientes grupos:
Técnicas empleadas para analizar globalmente el proteoma y separar sus proteínas. Cabe destacar la electroforesis
bidimensional, DIGE (Difference In Gel Electrophoresis: electroforesis diferencial en gel), ICAT (Isotope-Coded
Affinity Tags: marcaje isotópico diferencial) y MudPIT(Multidimensional Protein Identification Technology: tecnología de identificación de proteínas multidimensional)
Técnicas usadas para analizar individualmente las proteínas. Con este objetivo se utilizan distintos tipos de espectrometría de masas, como el MALDI-TOF (Matrix-assisted laser desorption/ionization Time Of Flight: desorción/ionización mediante láser asistida por matriz en “tiempo de vuelo”), SELDI-TOF-MS (Surface Enhanced Laser
Desorpcion Ionization Time Of Flight Mass Spectrometry: espectrometría de masas en “Tiempo de Vuelo” mediante
desorción/ionización por láser de superficie), MS/MS (Mass Spectrometry/ Mass Spectrometry: espectrometría de
masas en tándem). Con estas técnicas se obtiene la huella peptídica (peptide mass fingerprint). La huella peptídica es
el conjunto de fragmentos peptídicos que se obtienen tras tratar una proteína concreta con una proteasa determinada.
La huella peptídica es característica de cada proteína y depende de la enzima con la que se fragmente. Actualmente
hay numerosas bases de datos que recogen las huellas peptídicas de multitud de proteínas conocidas. Estas bases de
datos se pueden rastrear usando programas bioinformáticos para buscar la huella peptídica que corresponda con la
huella peptídica de la proteína que se esté estudiando y por tanto poder identificarla.
Técnicas que se usan para estudiar interacciones entre proteinas, como los sistemas “yeast two hybrids” de alto
rendimiento o y la técnica“Phage Display”. La técnica “Phage Display” permite averiguar con qué proteínas interacciona una proteína problema o sonda. Esta técnica consiste en la expresión en la superficie de un fago de las proteínas
que se quieren analizar. La proteína problema o sonda se inmoviliza sobre un soporte o membrana de tal modo que
los fagos que expresan las proteínas que se unen a la sonda quedan inmovilizados sobre el soporte. Estos fagos se
pueden recuperar fácilmente de la membrana y pueden ser empleados para la expresión de la proteína en Escherichia
coli y su posterior identificación.
El análisis y la interpretación de los datos obtenidos con las técnicas de proteómica descritas anteriormente, especialmente cuanto se utilizan a gran escala, necesita herramientas bioinformáticas. Durante los últimos años la genómica, la
proteómica y la bioinformática se han desarrollado de forma sinérgica experimentando un desarrollo sorprendente que está
aportando grandes avances a la medicina.
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Técnicas
Sistema de dos híbridos
Resumen
La técnica denominada sistema de dos híbridos o sistema del doble híbrido o Y2H (Yeast two hybrid) se utiliza para
detectar interacciones entre proteínas y ha sido especialmente útil para estudios a gran escala ya que permite analizar
grandes conjuntos de proteínas en un único experimento global.
Concepto
Muchos factores de transcripción constan de 2 dominios, ambos imprescindibles para que se produzca la expresión del
gen que regulan. La técnica Y2H se basa en esta característica de algunos factores de transcripción. Un conjunto de proteínas se fusiona a uno de los dominios (dominio A) del factor de transcripción y el otro conjunto al otro dominio (dominio B).
Esto se consigue utilizando técnicas de ingeniería genética con las que se generan 2 genotecas, una con genes fusionados al
dominio A (conjunto A) y la otra con genes fusionados al dominio B (conjunto B).
Los plásmidos con los genes fusionados se integran en levaduras y sólo
cuando interactúan proteínas de ambos conjuntos los dos dominios del
factor de transcripción se unen y son capaces de inducir la expresión
del gen regulado por ese factor de transcripción. Este gen es un gen
llamado “reportero” que permite detectar su expresión porque suele ser
el gen de una enzima cuya expresión produce la síntesis de un producto
fácilmente detectable. Muchas veces se ha utilizado como gen reportero
el gen lacZ que codifica la enzima beta-galactosidasa que metaboliza la
galactosa y en el ensayo habitual produce un color azul en las colonias
positivas en las que se ha producido una interacción entre una proteína
del conjunto A y otra del conjunto B.
Durante los últimos años este tipo de ensayo ha sido muy útil para
detectar a gran escala interacciones entre proteínas. Así por ejemplo se han analizado proteomas completos detectando nuevas interacciones entre proteínas y colaborando de forma significativa a aumentar
el conocimiento de las complejas redes de interacción entre proteínas
de un organismo completo.
La debilidad de esta técnica es que puede dar muchos falsos positivos sobre todo en los ensayos a gran escala ya que se expresan juntas
y a la vez proteínas que en condiciones fiosiologicas no tienen por qué
coincidir nunca en el espacio (pueden expresarse en compartimentos o tipos celulares distintos) ni en el tiempo (su regulación puede hacer que nunca se expresen a la vez). Las distintas modificaciones postraduccionales (fosforilación, glicosilación) son otra de las causas de algunos falsos positivos ya que este tipo de modificaciones puede impedir que ocurran
en estado fisiológico interacciones detectadas por el sistema Y2H. Aún así es un filtro de selección realmente útil que ha
permitido descubrir importantes interacciones que han podido ser confirmadas posteriormente por técnicas más específicas
como la coinmunoprecipitación.
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Noticias
Estudios de análisis de networks descubren nuevos procesos biológicos involucrados en la diabetes
Fuente:Network-based analysis of affected biological processes in type 2 diabetes models
La diabetes tipo 2 es una enfermedad compleja que se asocia con
múltiples factores genéticos, epigenéticos, del desarrollo y medioambientales.
Existen distintos modelos animales de diabetes basados en diferentes factores causales.
Así existen modelos animales basados en la dieta, en tratamientos
farmacológicos y en knockout de genes.
Los estudios con microarrays permiten estudiar a una escala
genómica la diabetes tipo 2 en los diferentes modelos experimentales.
En este trabajo usando una metodología de análisis de networks
(redes) se han identificado 2 conjuntos de genes asociados con la señalización de la insulina y un network de receptores nucleares que están
alterados en muchos modelos de diabetes y en diversos tipos de tejidos.
En este trabajo también se ha identificado un network de interacciones entre las proteínas de ambos conjuntos que permite dibujar las
vías de señalización entre ellos y sus relaciones funcionales.
En este trabajo la integración de datos de microarrays con datos de
networks de interaccción entre proteínas ha permitido descubrir nuevos
procesos biológicos importantes en el desarrollo de enfermedades complejas como la diabetes tipo 2.
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Se analiza la flora bacteriana durante el primer año de vida
Fuente:Development of the Human Infant Intestinal Microbiota
Unos cien trillones de bacterias pertenecientes a más de 400 especies habitan en el intestino humano adulto. El número de bacterias
sobrepasa por un factor de 10 el número de nuestras propias células.
La colonización por bacterias del tracto gastrointestinal del recién
nacido es un punto clave en el desarrollo pero muchos aspectos de este
proceso aún no se conocen con exactitud.
En este trabajo se ha analizado la flora de 14 niños sanos durante
su primer año de vida. Los autores del estudio diseñaron un microarray
en el que midiendo DNA ribosómico de la subunidad pequeña (SSU
rDNA) eran capaces de medir la abundancia relativa de los más importantes grupos de bacterias (muchas especies comparten la secuencia de
su SSUrDNA).
Estos estudios detectaron un dominio casi total de 3 grupos taxonómicos: Proteobacteria (46 %), Firmicutes(32 %) y Bacteroidetes
(20 %)
Esta convergencia podría tener relación con la selección a lo largo
de la evolución de grupos capaces de establecer una relación de simbiosis que difícilmente sea superada por nuevas bacterias colonizadoras.
Cada niño tenía un perfil personal en su flora que aún pasado un
año se podía reconocer. Algunas de las muestras iniciales de los niños
coincidían con el perfil de bacterias de las muestras vaginales y/o de la leche materna.
Los gemelos compartían un perfil muy similar en su flora bacteriana.
La comparación de la flora de niños sanos con niños prematuros o niños enfermos puede ayudar a conocer la verdadera
importancia de la flora bacteriana y a diseñar modos de intervención sobre ella.
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Papel del GTP mitocondrial en el control de la secreción de insulina en respuesta a la glucosa
Fuente:Mitochondrial GTP regulates glucose-stimulated insulin secretion
La enzima succinil coenzima A sintetasa cataliza la síntesis del
guanosín trifosfato (GTP) mitocondrial y del adenosín trifosfato (ATP)
mitocondrial. Mientras que el ATP mitocondrial que proviene del
metabolismo de la glucosa está acoplado con la fosforilación oxidativa y por tanto puede variar, cada molécula de glucosa metabolizada
en la célula beta pancreática produce aproximadamente una molécula
de GTP. Esta proporción constante hace que el GTP mitocondrial sea
un buen indicador del estado energético de la célula. En este trabajo se
suprimió la producción de GTP mediante ARN corto de interferencia
(siARN) comprobando que esto producía una disminución del 50 % de
la secreción de insulina por estimulación con glucosa. En cambio la
supresión de la producción de ATP incrementó al doble la secreción de
insulina. El incremento en la secreción de insulina correlacionaba con
un incremento en el calcio citosólico. Estos datos sugieren un papel del
GTP mitocondrial en el control de la secreción de insulina en respuesta
a la glucosa a través de la modulación del metabolismo mitocondrial.
Probablemente el calcio mitocondrial participa en este proceso.
El estrecho acoplamiento del GTP mitocondrial con los niveles de
actividad del ciclo oxidativo de los ácidos tricarboxílicos convierte al
GTP en una importante señal molecular de esa actividad.
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Se consigue determinar la estructura tridimensional del receptor beta 2 adrenérgico
Fuente:Crystal structure of the human beta2 adrenergic G-protein-coupled receptor
El análisis de la estructura de los receptores acoplados a proteínas G (GPCR: G-Protein-Coupled Receptors) tanto en el caso de los
receptores de hormonas como de neurotransmisores presenta varias dificultades técnicas.
Por un lado su poca abundancia y por otro su flexibilidad estructural
y su inestabilidad en soluciones detergentes.
En este trabajo se ha conseguido cristalizar en un ambiente lipídico
el receptor beta 2 adrenérgico.
El extremo citoplásmico de los segmentos transmembrana y los lazos de interconexión entre ellos están bien resueltos pero las regiones
extracelulares no se han podido determinar.
La estructura del receptor beta 2 adrenérgico difiere de la rodopsina
en tener una interacción más débil entre los extremos citoplásmicos de
los fragmentos transmembrana TM3 y TM6 que contienen las secuencias conservadas E/DRY.
Estas diferencias pueden ser responsables de la relativamente alta
actividad basal y de la inestabilidad estructural que hace tan difícil la
obtención de datos que permitan resolver la estructura tridimensional
de este tipo de receptores acoplados a proteínas G.
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Conexión entre sistema inmune y sistema reproductor a través de los TLRs
Fuente:Toll-like receptors in the gonads and reproductive tract: emerging roles in reproductive physiology and pathology
Existen evidencias de que en la interacción entre el sistema inmune
y el sistema reproductor son muy importantes los TLRs (Toll-like Receptors).
Los TLRs participan en la defensa contra la infección en el tracto
reproductor pero sus acciones en relación al sistema reproductor van
más allá.
Los TLRs han sido implicados en aspectos de la función ovárica,
endometrial y de la placenta.
Así, en la mujer, parece demostrada su implicación en el cáncer
de ovario, la enfermedad pélvica inflamatoria, la pre-eclampsia y los
nacimientos pretérmino.
En el varón los TLRs parecen jugar un papel en el control de la esteroidogénesis y la espermatogénesis tanto en estados patológicos como en el desarrollo normal de estas funciones.
Estudios recientes también han demostrado el papel de varios TLRs
en la etiología de la prostatitis y el cáncer de próstata.
Son necesarios nuevos estudios para ampliar el abanico de conexiones entre los TLRs, importantes protagonistas de la respuesta inmune
innata, y la función reproductora.
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El BDNF (Brain Derived Neurotrophic Factor: factor neurotrófico derivado de cerebro) podría
ser una nueva diana terapéutica para la depresión y la ansiedad
Fuente:New insights into BDNF function in depression and anxiety
La ansiedad y las alteraciones del estado de ánimo están entre las causas más frecuentes que inhabilitan a la población.
Entender las bases celulares y moleculares de estas alteraciones es crucial para desarrollar nuevos tratamientos eficaces.
El BDNF (Brain-Derived Neurotrophic Factor) de la familia de las
neurotrofinas se ha relacionado con la ansiedad y la depresión. Existe
correlación entre el stress y la disminución de BDNF (Brain-Derived
Neurotrophic Factor) que concuerda con el aumento de BDNF relacionado con los tratamientos antidepresivos. El bloqueo genético de las
vías de señalización del BDNF y de su receptor TrkB no parece causar
conductas depresivas pero sí obstaculiza los efectos de los fármacos
antidepresivos.
Avances en el conocimiento de los múltiples promotores desde los
que puede transcribirse el BDNF y de los procesos de tráfico intracelular y de secreción que sufre pueden ayudar a profundizar en las bases
de algunos trastornos emocionales.
El precusor de BDNF llamado proBDNF parece producir efectos
contrarios al BDNF maduro sobre en las funciones celulares. El procesamiento del proBDNF, por tanto, puede ser un punto clave a estudiar. El proBDNF facilita el proceso celular de depresión a largo plazo
(LTD:Long Term Depression) mientras que el BDNF maduro facilita
la potenciación a largo plazo (LTP:Long Term Potentiation) lo que implica una función celular opuesta para ambas formas de la proteína. Su
acción contraria podría ser la causa de esa dicotomía del BDNF en su acción sobre las conductas mediadas por los sistemas
de stress y de recompensa a nivel cerebral.
El BDNF podría ser una nueva diana terapéutica para la depresión y la ansiedad.
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La proteína nAG permite la regeneración de extremidades en la salamandra
Fuente:Molecular basis for the nerve dependence of limb regeneration in an adult vertebrate
Las salamandras son capaces de regenerar sus extremidades pero
sólo si los nervios dañados son capaces de regenerarse previamente y
alcanzar el blastema (conjunto de células madre mesenquimales que
aparecen en extremo en el que se inicia la regeneración de la extremidad). Este caso es uno más del creciente número de evidencias que
sustentan la importancia del sistema nervioso en los procesos regenerativos. Varios factores de crecimiento han sido implicados en esta
conexión entre fibras nerviosas y tejido en regeneración. En este trabajo se descubre una proteína que es capaz de inducir la regeneración
de las extremidades de la salamandra aún sin la presencia de terminaciones nerviosas en el blastema.
La proteína Prod 1 es una pequeña proteína anclada en la membrana
de las células del blastema y que se expresa en gradiente a lo largo de
la extremidad en formación (mayor concentración en la zona proximal
y menor en la zona distal). nAG es un ligando de Prod 1 y es miembro
de una gran familia de proteínas que se distribuyen en gradiente y que
contienen un dominio de tipo tioredoxina. Con anticuerpos anti-nAG
se comprobó que esta proteína se expresaba en las células de Schwann
y en las células glandulares de la epidermis alrededor de la herida y su
expresión dependía de los axones.
Se inyectó ADN por electroporación para conseguir artificialmente la expresión de nAG en el blastema denervado. Esta
expresión de nAG produjo la regeneración completa de la extremidad. Estos experimentos demostraron que la presencia de
nAG (expresada artificialmente) podía sustituir a la presencia de terminaciones nerviosas necesaria para la regeneración.
Estos hallazgos resultan prometedores por su posible aplicación en medicina regenerativa.
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Nuevas proteínas involucradas en la respuesta al daño en el ADN
Fuente:ATM and ATR substrate analysis reveals extensive protein networks responsive to DNA damage.
La respuesta al daño en el ADN es fundamental para la supervivencia de la célula. El reconocimiento del daño y los
procesos de señalización que desencadena son los primeros pasos y son llevados a cabo por distintos sensores que detectan
la lesión en el ADN y por quinasas que inician la señalización en la célula. Un reciente estudio publicado en Science
identifica 700 nuevas dianas para las quinasas ATM y ATR, muy importantes en este proceso.
Las células se encuentran continuamente en contacto con agentes
mutagénicos capaces de causar daños en el ADN. A pesar de esta exposición continuada la información codificada en el ADN presenta una
gran integridad, en parte gracias a una compleja red de señalización
celular conocida como red de respuesta al daño en el ADN. Con el
fin de mantener la integridad del ADN se deben integrar procesos como la detección del daño en el ADN, la regulación del ciclo celular y
la reparación del ADN. El primer paso en la localización del daño es
el reclutamiento de quinasas específicas por los distintos sensores del
daño en el ADN. Las principales quinasas implicadas en la transducción de la señal en la respuesta al daño en el ADN son la quinasa ATM
(Ataxia Telangiectasia Mutated) y la ATR (ATM and Rad3-related).
El estudio llevado a cabo para determinar los sustratos de ambas
quinasas se basó en la determinación de péptidos fosforilados en respuesta a una radiación ionizante, un potente agente mutagénico. Para
ello se tomaron placas con 68 sueros específicos para sustratos conocidos de estas enzimas y posteriormente se analizaron los péptidos unidos
por los sueros encontrándose unas 700 dianas nuevas. Dominios como
el BRCT y el FHA capaces de unir péptidos fosforilados, se encuentran
en un gran número de proteínas implicadas en la respuesta al daño en
el ADN.
Muchas de las proteínas identificadas se agrupaban en conjuntos ya conocidos de proteínas que interaccionan entre sí.
Se encontraron proteínas pertenecientes a módulos implicados en la replicación del ADN como la subunidad catalítica de
la ADN polimerasa épsilon y las polimerasas PolL y PolQ que pertenecen al grupo de polimerasas llamadas “translesion”
o “bypass” porque son capaces de copiar un ADN molde dañado. Otras proteínas diana de las quinasas ATM y ATR
pertenecían a módulos implicados en la reparación del ADN y en el control del ciclo celular.
Una vez identificadas las nuevas dianas para las quinasas el siguiente paso en el estudio fue comprobar si este grupo
de moléculas representaba un conjunto característico de los sustratos de ambas enzimas y si se trataba de miembros importantes del proceso de respuesta al daño en el ADN. Para ello se llevó a cabo una estrategia de silenciamiento génico
empleando la tecnología de interferencia de ARN (ARNi). Se tomaron 37 dianas de las 700 descubiertas y se eliminó su
actividad empleando moléculas de siRNA (Small Interfering RNA) en células de osteosarcoma humano y se analizaron seis
tests diferentes de funciones implicadas en la respuesta al daño en el ADN. Se comprobó que más del 90 % de las dianas
tenían que ver con la respuesta al daño en el ADN ya que al menos mostraban funcionalidades alteradas en alguno de los
tests.
Este estudio de proteómica a gran escala ha permitido identificar nuevas proteínas que se fosforilan en respuesta al
daño en el ADN. El conjunto detectado de unas 700 proteínas ha permitido descubrir nuevos módulos de la altamente
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interconectada red de proteínas que dirige la respuesta al daño en el ADN y que es esencial para la supervivencia de la
célula.
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Construcción de tejidos en 3D
Fuente:Directed assembly of cell-laden microgels for fabrication of 3D tissue constructs
Este trabajo supone un gran avance en la ingeniería de tejidos. Los tejidos vivos están compuestos de bloques repetidos
que se ensamblan en una microarquitectura tridimensional específica que en gran medida determina su función.
Hasta ahora la mayoría de los tejidos artificiales se crean ensamblando células sobre un soporte biodegradable que
determina la forma pero muchas veces no consigue simular la función. Uno de los mayores retos en este área es conseguir
tejidos ingenierizados en los que las interacciones célula-célula, célula-matriz extracelular y célula factores solubles mimeticen realmente las interacciones de las células de los tejidos vivos y a un nivel superior también la arquitectura multicelular
simule la de los tejidos vivos.
Los microgeles son materiales muy atractivos para las aplicaciones
de ingeniería de tejidos por sus propiedades físicas (capacidad para
crear formas definidas, resistencia mecánica, biodegradabilidad) y biológicas (biocompatibilidad y parecido a la matriz extracelular, capacidad de atrapar células a una densidad similar a los tejidos vivos). Existen 2 aproximaciones diferentes en el uso de microgeles para construir
tejidos: una con un enfoque descendente (top-down) que trata de controlar la forma y tamaño de porciones relativamente grandes de hidrogel y otra con un enfoque ascendente (botom-up) en la que se tratan de
ensamblar unidades o bloques más pequeños tratando de imitar la estructura del tejido vivo organizado a base de la repetición de pequeñas
unidades funcionales.
En este trabajo los autores han conseguido construir tejidos sintéticos con una estructura tridimensional determinada a base de pequeñas
unidades de microgel. Su sistema es muy escalable y se basa en la tendencia de los sistemas líquidos multifase de minimizar sus superficies
de contacto. La fase hidrofóbica en presencia de agua sufre el efecto
hidrofóbico en el que tiende a minimizar la superficie expuesta al agua.
Los autores agitando microgeles hidofílicos en un medio hidrofóbico
consiguen ensamblar de forma organizada las unidades de microgel
debido a que las unidades de microgel tienden a minimizar la superficie expuesta al aceite.
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Un anillo de cohesina une las cromátidas hermanas en la mitosis
Fuente:The cohesin ring concatenates sister DNA molecules
Durante la fase S del ciclo celular cada cromosoma se replica
generando 2 copias idénticas que se denominan cromátidas hermanas
ya que deben mantenerse juntas hasta que al final de la mitosis se separan para ir una a cada célula hija. La cohesión entre cromátidas es
esencial en la mitosis y está mediada por un complejo proteico llamado cohesina. Este complejo está constituido por las subunidades Smc1,
Smc3, Scc1 y Scc3 que forman una especie de anillo. Las proteínas
Smc1 y Smc3 son proteínas con estructura de tipo coiled-coil con un
dominio ATPasa en un extremo. Ambas forman un heterodímero en
forma de V que se cierra mediante la Scc1 a la que se une la Scc3. Se
había propuesto un modelo en el que la cohesina mantenía juntas a la
cromátidas metiéndolas dentro de su anillo. En este trabajo se ha testado este modelo transformando en uniones covalentes las interacciones
fundamentales que formarían el anillo de cohesina, creando anillos de
cohesina químicamente estables. Trabajando con minicromosomas de
levadura y con estos anillos de cohesina reforzados por uniones covalentes entre sus subunidades a través de puentes disulfuro de cisteínas
ingenierizadas se ha podido comprobar el modelo propuesto ya que se
han obtenido estructuras resistentes a la desnaturalización constituidas
por 2 cromátidas hermanas unidas a cohesina.
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Se descubre un nuevo mimetismo molecular importante en la etiopatogenia de la glomerulonefritis necrotizante
Fuente:Molecular mimicry in pauci-immune focal necrotizing glomerulonephritis.
La glomerulonefritis necrotizante pauciinmune (FNGN: Focal
Necrotizing GlomeruloNephritis) se asocia a autoanticuerpos contra
antígenos citoplásmicos de neutrófilos (ANCA: Autoantibodies to Neutrophil Cytoplasmic Antigens). En este trabajo los autores han caracterizado los autoanticuerpos anti LAMP-2 (Lysosomal Membrane
Protein-2) y han comprobado que están presentes en la mayoría de
los pacientes con glomerulonefritis de tipo FNGN. Estos autoanticuerpos tienen una prevalencia casi 2 veces la de los clásicos ANCA
en estos pacientes. Los autores comprobaron en ratas que la inyección
de estos anticuerpos anti-LAMP-2 provocaba la aparición de glomerulonefritis FNGN. Además en experimentos in vitro comprobaron que
anticuerpos monoclonales anti-LAMP-2 inducían apoptosis en células
humanas de endotelio microvascular. Los autoanticuerpos detectados
en los enfermos con glomerulonefritis FNGN reconocían el epítopo
de LAMP-2 llamado P41-49 que compartía con total identidad la secuencia GTVKYSGS con la adhesina bacteriana FimH. Estos anticuerpos anti-LAMP-2 presentaban reacción cruzada con FimH. Ratas
inmunizadas con FimH desarrollaban glomerulonefritis de tipo FNGN
y también desarrollaban anticuerpos contra la proteína LAMP-2 tanto
humana como de rata. Analizando datos clínicos de los enfermos los
autores vieron que las infecciones por patógenos con fimbrias eran frecuentes antes de la aparición de la glomerulonefritis.
La respuesta autoinmune contra LAMP-2 disparada por la proteína de las fimbrias de bacterias llamada FimH descubierta
en este trabajo aporta un mecanismo molecular relevante en el desarrollo de la glomerulonefritis necrotizante pauciinmune.
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Nuevos fármacos antituberculosos
Fuente:The protonmotive force is required for maintaining ATP homeostasis and viability of hypoxic, nonreplicating
Mycobacterium tuberculosis.
La tuberculosis sigue suponiendo un problema serio a nivel mundial. Una de las principales dificultades para conseguir un tratamiento que
erradique la bacteria completamente del organismo infectado es su gran
capacidad para persistir en condiciones de hipoxia en las que adopta un
estado quiescente que reduce su sensibilidad a los antibióticos. En este
trabajo han estudiado la fisiología de las micobacterias en un estado de
falta de oxígeno en el que la bacteria no se replica y se mantiene en un
estado quiescente. La concentración de ATP en este estado desciende al
mínimo haciendo a la bacteria muy sensible a la depleción de ATP. La
síntesis de ATP requiere la integridad de la fuerza protón-motriz (PMF:
Proton Motive Force) de la membrana. Los autores trabajaron bajo la
hipótesis de que cualquier alteración de los sistemas que mantienen la
fuerza protón-motriz disminuiría la viabilidad de la bacteria. Ya que
tanto la síntesis de novo de ATP como la regeneración de NADH+ son
necesarias para mantener la fuerza protón-motriz de la membrana los
autores pensaron que fármacos que incidan en esos puntos podrían ser
muy útiles en el tratamiento definitivo de la tuberculosis. Corroborando su aproximación demostraron que el fármaco R207910 que inhibe
un componente de la síntesis de ATP que es bien tolerado en humanos
es eficaz contra el Mycobacterium tuberculosis in vivo. Esto abre una
nueva vía hacia un tratamiento más efectivo de la tuberculosis que sea capaz de combatir también las bacterias en estado
quiescente y erradique la bacteria de una forma definitiva.
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La diversidad de la proteína Dscam es esencial para el “cableado” interneuronal
Fuente:Dscam diversity is essential for neuronal wiring and self-recognition.
El proceso de “cableado” interneuronal responsable del establecimiento de los circuitos neuronales adecuados es de una
enorme complejidad. Este proceso requiere códigos de reconocimiento celular que permitan a las neuronas tomar decisiones
en cuanto a las conexiones a establecer. Se supone que una serie de familias de proteínas de la superficie celular con alto
grado de polimorfismo podrían intervenir en esta función. Neurexinas, neuroliginas, cadherinas y sus receptores serían
algunas de ellas. En insectos parecen estar implicadas las proteínas Dscam (Down symdrome cell adhesion molecule). Las
proteínas Dscam tienen una gran cantidad de polimorfismo potencial debido a “splicing” alternativo. Los exones 4, 6 y 9
pueden codificarse por 12, 48 y 33 segmentos alternativos respectivamente. Esto supone 12 x 48 x 33 = 19008 tipos de
ectodominios posibles. Como la región transmembrana tiene dos segmentos opcionales para ser usados en el “splicing”
podrían componerse 38016 (19008 x 2 ) isoformas posibles de Dscam.
En este trabajo se eliminó la posibilidad de este enorme polimorfismo reemplazando, mediante recombinación homóloga, el gen completo
de Dscam con todos sus fragmentos para la génesis de polimorfismo,
por un gen artificial con una sola isoforma. Esta isoforma ya construida que se introdujo en lugar del gen normal se fabricó con tres segmentos concretos para los exones 4, 6 y 9 elegidos al azar dentro del
conjunto de opciones del gen natural. Las moscas mutantes tenían severamente afectado el “cableado” interneuronal. Se estudiaron de forma
especial las conexiones que establecían las neuronas de receptores olfativos ya que en condiciones normales tienen una gran selectividad.
En las moscas mutantes estas conexiones estaban completamente desorganizadas.
Los autores proponen que una posible manera en la que las isoformas de Dscam contribuyen al “cableado” adecuado es permitiendo
que las neuronas reconozcan sus propias membranas a través del reconocimiento de la isoforma de Dscam que las caracteriza individualmente. De esta forma, el reconocer una membrana como propia conduciría a un comportamiento de repulsión que impediría a las neuronas
el establecimiento de conexiones consigo mismas. De este modo se
aseguraría que las bifurcaciones se establecieran de forma adecuada en
los procesos de desarrollo y de plasticidad neuronal. Dscam tiene una función de autoreconocimiento a nivel de neurona
individual.
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La respuesta a hiperglucemia de las neuronas POMC del hipotálamo está alterada en obesos.
Fuente:Glucose sensing by POMC neurons regulates glucose homeostasis and is impaired in obesity.
Las neuronas POMC (Pro-OpioMelanoCortin) del núcleo aurcuato
del hipotálamo son excitadas mediante glucosa. Esto se debe al cierre
de canales de potasio (K) por una elevación de los niveles de ATP. La
glucosa ocasiona una subida de ATP intracelular que a su vez impide la
salida de K por lo que se produce una despolarización de la membrana
que conduce a una mayor frecuencia de potenciales de acción.
En este artículo se generan ratones mutantes en los que el canal de
K de las neuronas POMC no responde a ATP. En los animales mutantes
las neuronas POMC no son capaces de reaccionar ante la elevación de
la glucosa extracelular. Ratones no mutantes, con el canal de potasio
capaz de cerrarse por ATP, fueron alimentados durante 20 semanas con
una dieta rica en grasas tras lo cual no fueron capaces de reaccionar
con normalidad a la elevación de glucosa.
La proteína UCP2 (Uncoupling Protein 2) es una proteína mitocondrial que altera la producción de ATP tras estimulación con glucosa. Esto lo hace produciendo un escape de protones en la membrana
mitocondrial interna. Disminuyendo por tanto la producción de ATP
inducido por glucosa. UCP2 podría ser responsable de la pérdida de
sensibilidad a la glucosa de las neuronas POMC en los ratones obesos.
De hecho, la expresión de UCP2 está aumentada en el hipotálamo de
ratones obesos y de ratones deficientes en leptina (ob/ob).
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Un nuevo cristal muestra cómo la topoisomerasa IIA corta el ADN
Fuente:Structural basis for gate-DNA recognition and bending by type IIA topoisomerases.
Las topoisomerasas de tipo II cortan el ADN en sus 2 cadenas y
permiten que se desenrede y pueda separase una hebra de otra en la
segregación cromosómica.
Las topoisomerasas de tipo II son importantes dianas terapéuticas
del cáncer y de las infecciones.
Hasta ahora no se conocía cómo se producía a nivel molecular la
unión de las topoisomerasas de tipo II al ADN.
Este cristal ha permitido desvelar la estructura de la molécula Top2
(topoisomerasa de tipo II de Saccharomyces cerevisiae ) unida al ADN.
Esta estructura muestra que la topoisomerasa hace que el ADN al
que se une se doble en un ángulo de 150 grados de forma similar a
cómo la proteína IHF (Integration Host Factor) dobla el ADN al unirse
a él. La deformación del ADN conlleva también grandes cambios conformacionales en la topoisomerasa II.
Estos cambios permiten situar el ADN entre 2 tirosinas y un ion
magnesio. La conformación de este sitio catalítico recuerda al de las
topoisomerasas de tipo I (que cortan una sóla cadena del ADN).
Estos datos estructurales refuerzan la conexión a nivel evolutivo
entre las topoisomerasas de tipo I y las de tipo II.
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Motifs de secuencia importantes en el paso de priones de una especie a otra
Fuente:Prion recognition elements govern nucleation, strain specificity and species barriers
Los priones son proteínas que pueden adoptar una conformación anómala que se autoperpetúa y altera la función celular.
En este trabajo se demuestra que el paso al estado priónico es controlado con gran especificidad por pequeños motifs de secuencia.
Estos mismos elementos de secuencia gobiernan la formación de
las distintas conformaciones capaces de autoperpetuarse (cepas de
priones) y determinan la especificidad de especie y la capacidad de
traspasar la barrera de especie.
En este trabajo una proteína quimérica del prión de levaduras
Sup35 que incluía los elementos de secuencia específicos de
2 especies distintas fue capaz de pasar de una especie a
otra.
Usando esta proteína quimérica se ha analizado cómo aspectos
críticos de la conversión al estado priónico están cifrados en pequeñas
diferencias en la secuencia de estos elementos de reconocimiento.
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La ARN polimerasa II puede usar ARN como molde
Fuente:Molecular basis of RNA-dependent RNA polymerase II activity
En el proceso de transcripción la ARN polimerasa cataliza la síntesis de ARN mensajero (ARNm) a partir de una cadena molde de
ADN.
En este trabajo se muestran las bases moleculares que permiten sintetizar ARN también partiendo de ARN como cadena
molde.
Con sólo ARN polimerasa II, un ARN molde y nucleósidos trifosfato (NTPs) los autores consiguen demostrar la capacidad intrínseca de
la ARN polimerasa II de copiar ARN.
Esta actividad reside en el mismo sitio activo que se usa para la
transcripción pero esta actividad es más lenta.
Esta nueva actividad supone un nuevo eslabón en la evolución
molecular que permite hipotetizar un estadío de la evolución en el que
genomas de ARN eran replicados por una replicasa ancestral de la que
proviene la actual ARN polimerasa II.
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Eventos
Del 22 al 24 de Mayo se celebra en Graz (Austria) el séptimo simposio internacional sobre
diagnóstico molecular
(Más Información)
Del 22 al 24 de Mayo de 2008 se celebrará en Graz, Austria, el séptimo simposio internacional de diagnóstico molecular.
El simposio se centrará en temas como nuevas tecnologías, farmacogenómica, oncología y hemostasis entre otros. Para más
información visite la web: http://www.meduni-graz.at/hygiene/symp2008/index.html
El tercer Congreso Internacional sobre Genómica de Primates se celebrará en Seattle, Washington, del 13 al 16 de Abril. En esta edición el congreso tendrá un enfoque especial sobre la
relación entre genómica de primates y enfermedades humanas.
(Más Información)
Del 13 al 16 de Abril se celebrará en Seattle, Washington, el tercer congreso internacional sobre genómica de primates.
En esta edición se dará especial importancia a las investigaciones que se están realizando en las que se combina la genómica
y los modelos experimentales con primates no humanos para comprender mejor las enfermedades humanas. Para más
información visite la página web: http://www.seattleprimategenomics.com/index.html
El Instituto Healthtech de Cambridge (Cambridge Healthtech Institute) organiza del 25 al 28
de Marzo la 15 Tri-Conferencia internacional sobre Medicina Molecular en San Francisco,
California
(Más Información)
Del 25 al 28 de Marzo de 2008 se celebra en San Francisco la 15 Tri-Conferencia internacional sobre medicina molecular. La Tri-Conferencia engloba congresos sobre diagnóstico molecular, análisis de rutas, células madre, marcadores
moleculares de tumores y terapia basada en citoquinas entre otros. Para más información visite la web: http://www.triconference.com/index.asp
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Del 1 al 4 de Octubre de 2008 se celebra en Innsbruck (Austria) la 3ł Conferencia sobre Genómica Funcional y Enfermedad organizada por la ESF (European Science Foundation)
(Más Información)
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Del 1 al 4 de Octubre de 2008 se celebrará en Innsbruck (Austria) la 3ł Conferencia sobre Genómica Funcional y
Enfermedad organizada por la ESF. La conferencia se centra en la aplicación de los últimos avances en genómica y biología
de sistemas para el conocimiento de los mecanismos que gobiernan distintas enfermedades. Más de 50 conferenciantes
tratarán temas como proteómica, epigenética, redes de regulación, biología de sistemas, sistema inmunitario, tecnologías
de alto rendimiento y bioinformática entre otros. Para más información visite la web: http://www.esffg2008.org/
Se celebra en Berlín el 6 Congreso Anual sobre Descubrimiento de Fármacos basados en Receptores Acoplados a Proteínas G.
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Del 10 al 13 de Marzo de 2008 tendrá lugar en Berlín, Alemania, el 6 Congreso Anual sobre Receptores Acoplados a
Proteínas G en el Descubrimiento de Fármacos. Se trata del mayor congreso de este tema celebrado en Europa. Algunos de
los temas que se tratarán en esta edición del congreso son el alosterismo, la dimerización, señalización y tráfico vesicular,
receptores acoplados a proteínas G huérfanos y el potencial terapéutico de los ligandos de quimioquinas entre otros. Para
más información visite la web: http://www.iir-events.com/IIR-Conf/LifeSciences/EventView.aspx?EventID=1348
Congreso Anual LabLinks de Células Madre
(Más Información)
El 28 de Enero tendrá lugar en Boston el congreso anual LabLinks sobre células madre. El evento está organizado por
Cell Press, la asistencia es gratuita y está enfocado a promover las interacciones entre científicos dedicados a esta área de
la biomedicina.
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El 31 de Marzo tendrá lugar en Houston, Texas, USA, un mini simposio sobre epigenética y
comportamiento.
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Nature Neuroscience, Nature Genetics y la fundación IPSEN organizan un mini simposio sobre epigenética y comportamiento. Tendrá lugar el 31 de Marzo en Houston, Texas. Se centra en el papel de la epigenética en la memoria, la adicción
a las drogas y en el cuidado maternal entre otros procesos.
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Del 11 al 13 de Marzo se celebra en Múnich el Congreso Internacional de genómica integradora
del cáncer.
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BayGene organiza el Congreso Internacional sobre Genómica Integradora del Cáncer del 11 al 13 de Marzo en Múnich.
Este congreso trata de integrar el conocimiento sobre genómica para aplicarlo al tratamiento y diagnóstico del cáncer. El
congreso se centrará en temas como las rutas de señalización, bioinformática, células madre tumorales y avances en la
terapia contra el cáncer entre otros.
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Cambridge Healthtech Institute organiza el congreso “microRNA en las enfermedades humanas y el desarrollo” durante el 10 y el 11 de Marzo en Cambridge, Massachusetts, Estados
Unidos
(Más Información)
Del 10 al 11 de Marzo se celebra en Cambridge ( Massachusetts) el congreso “microRNA en las enfermedades humanas
y el desarrollo”. En este evento se tratarán temas como el mecanismo de acción de los microRNA, su papel en oncología,
cardiología y células madre. microRNAs como marcadores para el diagnóstico y como dianas terapéuticas.
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Del 5 al 10 de Abril se celebra en Sant Feliu de Guixols, Gerona, un congreso sobre las aplicaciones antivirales del ARN de interferencia
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La ESF (European Science Foundation) organiza un congreso sobre las aplicaciones antivirales del ARN de interferencia. El congreso tendrá lugar en Sant Feliu de Guixols del 5 al 10 de Abril. El congreso se centrará en la aplicación
del ARN de interferencia en el tratamiento de infecciones por virus patógenos humanos aunque también tratará novedades
procedentes de la virología de plantas y distintos aspectos de los microARNs.
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Del 7 al 9 Abril se celebra en Edimburgo el 5 Congreso Anual de la Sociedad Británica de
Terapia Génica
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La Sociedad Británica de Terapia Génica (BSGT: British Society for Gene Therapy) celebra este año su 5 reunión
anual. En esta ocasión se tratarán temas como la aplicación de la terapia génica en patología respiratoria, terapia génica
basada en vectores virales para el tratamiento de enfermedades neurodegenerativas, la respuesta inmune y el reparto de
genes virales y avances clínicos en la terapia génica aplicada al cáncer.
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Durante el 17 y 18 de Abril se celebrará en Boston, Massachusetts, el cuarto congreso “GTCbio
células madre investigación y terapia” (GTCbio Stem cells research and therapeutics)
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Esta edición del congreso “GTCbio células madre investigación y terapia” se celebrará durante el 17 y el 18 de Abril
en Boston. Se tratarán, entre otros, temas como la diferenciación de las células madre, la epigenómica y la reprogramación
de las células madre y las células madre cancerosas.
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Del 8 al 12 de Marzo se celebrará en Sant Feliu de Guixols, Gerona, un congreso sobre canales
y transportadores implicados en enfermedades hereditarias poco frecuentes.
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La ESF (European Science Foundation) y la Universidad de Barcelona organizan esta conferencia que se centrará
en canales y transportadores como los canales TRP y CLC, las conexinas o transportadores mitocondriales entre otros.
También se tratará sobre enfermedades relacionadas con estos transportadores y canales.
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Tercer congreso GTCBio sobre proteín kinasas en descubrimiento de fármacos
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Durante el 5 y el 6 de Mayo se celebrará en San Diego (California, Estados Unidos) el tercer congreso organizado
por GTCBio sobre proteín kinasas en el descubrimiento de fármacos. Se tratarán temas como las nuevas tecnologías en
el cribado e identificación de nuevas dianas e inhibidores de proteín kinasas y las dianas e inhibidores de las kinasas en
oncología o enfermedades inflamatorias entre otros
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Del 22 al 25 de Septiembre se celebra en Filadelfia (Estados Unidos) el tercer congreso internacional sobre diagnóstico molecular en el desarrollo de terapia contra el cáncer
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El congreso contará con sesiones educativas en las que se tratarán temas como proteómica e investigación en ácidos
nucleicos. También se celebrarán sesiones más especializadas donde se expondrán temas como alteraciones en las rutas de
señalización y respuestas a tratamiento o clasificiación molecular de tumores entre otros.
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Del 28 al 31 de Mayo se celebra en Boston (Estados Unidos) un congreso sobre la epigenética en
el cáncer
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Durante el congreso se tratarán temas como las rutas en la epigenómica del cáncer, mecanismos epigenéticos presentes
en el cáncer y métodos de análisis epigenéticos entre otros
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Del 10 al 11 de Julio se celebra en Boston (EEUU) el segundo congreso anual sobre detección,
desarrollo y validación de biomarcadores
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El evento, oganizado por GTCBio, tratará temas como el descubrimiento y desarrollo de nuevos biomarcadores, los
biomarcadores en los ensayos clínicos y tendencias y tecnologías en auge en biomarcadores entre otros.
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Del 17 al 19 de Septiembre se celebra en Granada BioSpain 2008, cuarto congreso internacional
sobre biotecnología.
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BioSpain 2008 se celebrará en Granada del 17 al 19 de Septiembre. Se trata de un congreso donde se analiza el estado
actual del sector biotecnológico. El establecimiento de relaciones comerciales y el desarrollo del sector biotecnológico
español son objetivos clave en este congreso.
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Durante el 2 y 3 de Octubre se celebra en Dublín el congreso “Biormarker Discovery Europe”
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Durante el evento se tratarán temas como la aplicación de las nuevas tecnologías al descubrimiento y detección de
biomarcadores, la aplicación de los biomarcadores en el diseño de ensayos clínicos y su aplicación en la medicina personalizada.
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La segunda conferencia anual sobre RNAi y terapia tendrá lugar el próximo 22 de Octubre en
Boston (USA)
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Nuevas aproximaciones para optimizar la llegada del RNAi a su diana y el análisis de las distintas indicaciones terapéuticas son algunos de los temas que se tratarán durante la conferencia.
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Del 29 de Septiembre al 4 de Octubre se celebra en Singapur el congreso sobre células madre,
cáncer y envejecimiento “Stem cells, Cancer and Aging”
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Entre otros, en el congreso se tratarán temas como modelos del envejecimiento, rutas de señalización presentes en el
cáncer y en el desarrollo y células madre cancerosas.
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Del 24 al 28 de Enero se celebra en Miami el “Miami 2009 Winter Symposium” que se centrará
en el análisis del genoma humano
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En esta edición del “Miami Winter Symposium” centrada en el estudio del genoma humano se tratarán temas como la
escala de variación en las secuencias del genoma, su relación con la enfermedad y las nuevas tecnologías que se pueden
aplicar en el estudio del genoma humano.
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Términos de Uso
Medmol 2008
7 de abril de 2009
152
Del 8 a 10 de Enero se celebra en La Jolla (California, EEUU) el tercer simposio anual sobre
Complejidad Biológica que tratará en esta edición los procesos de envejecimiento.
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El tercer simposio internacional sobre complejidad biológica se centrará en esta edición en los procesos de envejecimiento haciendo especial hincapié en los mecanismos que determinan el inicio del envejecimiento. Entre otros temas se
tratarán la relación entre el metabolismo y el envejecimiento, las enfermedades neurodegenerativas relacionadas con el
envejecimiento y el envejecimiento y las células proliferativas.
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La edición 16 de la “Tri-Conference” sobre Medicina Molecular organizada por el Instituto
Healthtech de Cambridge tendrá lugar en San Francisco (California, EEUU) del 25 al 27 de
Febrero.
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En esta ocasión el evento se divide en 11 sesiones paralelas en las que se tratarán temas como el diagnóstico molecular,
el uso de distintas “ómicas” en la identificación de dianas para fármacos y de la seguridad en los ensayos preclínicos de
nuevos fármacos entre otros.
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Durante el 12 y el 13 del próximo mes de Mayo se celebra en Boston (EEUU) la conferencia
“DxRx Summit” centrada en las aplicaciones de los ácidos nucléicos en el diagnóstico y la terapia de enfermedades.
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Durante la conferencia se tratarán temas como el uso de microRNAs como marcadores para diagnóstico y terapia,
nuevos sistemas de liberación de ácidos nucléicos o el uso de ácidos nucléicos como biomarcadores en la medicina personalizada.
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Términos de Uso
LEDGF P75
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Desarrollado por el equipo Medicina Molecular de FIBAO
LEDGF Detalle de la interacción
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Desarrollado por el Equipo de Medicina Molecular de FIBAO
LEDGF Detalle del dominio IBD
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Desarrollado por el Equipo de Medicina Molecular de FIBAO
Dímero de DR52a
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DR52a, detalle del hueco de unión al péptido
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DR52a, detalle de las cadenas laterales de los aminoácidos que interaccionan con el pépido
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