Una señal es una molécula o una propiedad física (ej. fuerza

 Una señal es una molécula o una propiedad física (ej. fuerza, longitud de onda) que
influye sobre el funcionamiento de la célula. Las moléculas que detectan y responden
directamente a la señal se conocen como receptores.
 La comunicación intercelular en un organismo pluricelular es mediada por moléculas
extracelulares.
 Cada tipo celular expresa un conjunto de receptores específicos que definen
la naturaleza de las señales extracelulares que pueden sensar.
 Las señales extracelulares son convertidas en señales intracelulares
(ej. fosforilación, síntesis de segundos mensajeros, etc).
 Diversas proteínas participan en la generación y propagación de las señales intracelulares,
y se organizan en vías de señalización.
 Las proteínas de señalización poseen una estructura y función modular.
 Las vías de señalización usualmente se interconectan formando redes.
 En los puntos de interconexión o nodos la información es integrada.
 Las proteínas adaptadores o ¨scaffolds¨ interaccionan simultaneamente con proteínas
funcionalmente relacionadas y ensamblan complejos de señalización.
 Los complejos facilitan la compartimentalización y la especificidad de la señalización.
 Redes de señalización regulan los diferentes sistemas moleculares funcionales de la célula,
por ej. el secretor, el citoesqueleto, el transcripcional, etc.
 bacterias
- sensado de nutrientes (operon lac)
- quimiotaxis (ej. sistema Che)
- quorum sensing
 eucariotas unicelulares (levaduras, Dictyostelium)
- sensado de feromonas (factores de apareamiento)
- quimiotaxis
 eucariotas pluricelulares
- gran complejidad de señales (hormonas, citoquinas, adhesión, etc)
Señales reguladoras de motilidad en bacterias (quimiotaxis)
Las bacterias flageladas responden a gradientes de moléculas atractoras o repelentes
modificando el patrón de migración de un tipo direccionado (A) a uno al azar (B).
El receptor quimiotáctico (sensor)
forma un complejo con la histidin-quinasa
CheA (transmisor) mediante la proteína
adaptadora CheW. El receptor no ocupado
o unido a un repelente induce la autofosforilación de CheA y la transferencia del
fosfato a CheY (regulador). CheY
fosforilado adquiere una conformación que
le permite unirse al motor flagelar e inducir
su rotación en sentido horario. La fosfatasa
CheZ defosforila CheY y termina la
señalización. La unión de una molécula
atractante inhibe la activación de CheA y
favorece la rotación en sentido anti-horario.
A: movimiento direccionado
(gradiente de atractante)
transmembrane
chemoreceptor
B: movimiento al azar
(rotación en sentido horario)
sentido
horario
movimiento al azar
Alberts et al, BMC 2002
Señales inductoras de motilidad en Dictyostelium (quimiotaxis)
En ausencia de nutrientes las amebas de Dictyostelium (musgo) secretan cAMP. El cAMP estimula
receptores acoplados a proteínas G en la superficie de células vecinas y disparan una respuesta migratoria
(quimiotaxis) y agregación de células para formar pseudoplasmodios que finalmente maduran en un cuerpo fructífero.
patrones espiralados de migración
cAMP
hopf.chem.brandeis.edu/.../spiral/index.html
Señales reguladoras del apareamiento
en levaduras (quimiotropismo)
Las células haploides de levadura secretan un factor de
apareamiento específico (feromonas) a o  que estimula receptores
acoplados a proteínas G en células que secretan el factor
alternativo. Esto induce respuestas celulares que promueven el
apareamiento. Esti incluye cambios en la expresión de ~ 200 genes.
no estimuladas
estimuladas
(polarización)
pheromone
Ste24
(WASP)
MAPKKK
Ste11
MAPKK
Ste7
MAPK
Fus3
Ste5
Pak Ste20
cytoskeletal rearrangement,
polarized growth
cell division arrest
Alberts et al, BMC 2002; Lodish et al, MCB 2004
En organismos pluricelulares múltiples señales extracelulares
controlan las funciones fundamentales de la célula
proliferation
survival
apoptosis
Hanahan & Weinberg, Cell 2000
Señales inductoras de motilidad en neutrófilos humanos (quimiotaxis)
Péptidos con N-formil-metionina (fMLP) secretados por bacterias estimulan receptores acoplados a proteínas G
en la superficie de neutrófilos induciendo una respuesta quimiotáctica, y la liberación de microbicidas
sensado de
Información
espacial
liberación de una pequeña cantidad de
formil-Met-Leu-Phe (fMLP) con una
micropipeta.
polarización
migración
hacia la fuente
de péptido
video disponible a:
http://www.biochemweb.org/fenteany/research/cell_migration/movement_movies.html
Alberts et al, BMC 2002
Principios generales relacionados con la señalización






Síntesis de las moléculas señalizadoras
Liberación o exposición al medio extracelular
Transporte hasta la célula blanco (si se trata de una señal soluble)
Detección de la molécula señal por receptores de la célula blanco
Respuesta celular (cambio en el metabolismo, movilidad, función, etc)
Eliminación de la señal y terminación de la respuesta celular
Las señales extracelulares actúan en diferentes rangos espaciales
AUTOCRINE
Ej. Células presentadoras de
antigenos y linfocitos T .
Ej. Neurotransmisores, factores de
crecimiento, quimioquinas.
Permite coordinar la función de grupos de células,
p. ej. La agregación de las amebas de Dictyostelium
mediada por el cAMP, o la expansión monoclonal
de linfocitos T activados mediada por IL-2.
Ej. Insulina sintetizada por células
 del páncreas.
Alberts et al, BMC 2002
Las señales extracelulares actúan en diferentes rangos temporales
minutos, horas
señalización endócrina
- lenta
- receptores de álta afinidad
- hormonas en baja concentración
milisegundos
señalización sináptica
- rápida
- receptores de baja afinidad
- neurotransmisores en álta
concentración
Uniones en hendidura: permiten
el pasaje rápido de pequeñas
moléculas señal entre células
adyacentes. Ej: Ca++ y cAMP
Alberts et al, BMC 2002
Combinaciones específicas de señales extracelulares regulan
diferentes comportamientos celulares
Un receptor es generalmente un proteína que se une específicamente
a la molécula señal e inicia la respuesta en la célula blanco.
Alberts et al, BMC 2002
La respuesta celular a una misma señal depende de los receptores
y de la maquinaria de señalización intracelular asociada
secreción
relajación
contracción
Alberts et al, BMC 2002
Los receptores pueden estar en la superficie o ser intracelulares
Alberts et al, BMC 2002
El receptor puede regular directamente la maquinaria
de respuesta
El receptor de glucocorticoides (GR) posee una estructura modular y es retenido en el citosol unido a proteínas inhibidoras.
La unión a la hormona (ej. cortisol) provoca la disociación de las proteínas inhibidoras y la dimerización del receptor. La
exposición de NLSs median su translocación al núcleo donde activan la transcripción de numerosos genes blanco.
AD: activation domain
DBD: DNA Binding Domain
LBD: Ligand Binding Domain
Lodish et al MCB 2004
Entre la recepción de la señal y la maquinaria de respuesta
usualmente se intercalan varias moléculas intermediarias
EGFR
integrinas
Las integrinas y el EGFR activan vías
de señalización que regulan la
organización y dinámica del
citoesqueleto (efectos citoplasmáticos)
y la transcripción de genes
involucrados en el ciclo celular
(efectos nucleares).
respuesta
rápida
(seg, min)
Src/FAK
Grb2
Rho/Rac/Cdc42
GTPasas
Ras
citoesqueleto
de actina
Erk
respuesta
rápida
(seg, min)
Vía de
señalización
(varios pasos)
respuesta
ciclinas D, c-myc lenta
(horas, días)
EGFR: Epidermal Growth Factor Receptor
Diferentes señales/receptores pueden activar vías de
señalización intracelulares comunes
(secretada por la gl. adrenal)
(secretada por el páncreas)
(secretada por la hipófisis)
El número y afinidad de receptores en la superficie pueden
cuantificarse empleando ligandos radioactivos
Los receptores muestran una cinética de unión al ligando que es saturable (A). Por el contrario, la unión del ligando a sitios
inespecíficos (C) no es saturable dentro del mismo rango de concentración. La unión específica (B) resulta de (A) – (C).
De la curva B se puede determinar el número de receptores por célula y su afinidad por el ligando (Kd). El valor de Kd
representa la concentración de ligando que satura el 50% de los receptores. El valor de Kd ≈ 1/afinidad.
KD =
[L] x [R]
[L-R]
Alberts et al, BMC 2002
La respuesta celular máxima puede alcanzarse
a concentraciones no saturantes de ligando
Lodish et al 5Ed
La duración de una señal influye sobre el estado de estimulación
y la velocidad de la respuesta
Señales de vida corta permiten cambios rápidos de su concentración intracelular.
estímulo
estímulo
A
B
duración
(min)
(min)
Los gráficos muestran los cambios de concentración de moléculas señal con diferentes tasas de recambio en función del tiempo
suponiendo que un estímulo disminuye (A) o incrementa (B) su tasa de síntesis por un factor de 10. En ambos casos se observa
que las moléculas de mayor recambio (menor duración, en rojo) permiten un ajuste más rápido de su concentración intracelular.
Alberts et al, BMC 2002
En el mismo tipo celular, la diferente duración de una señal
puede contribuir a respuestas biológicas diferentes
En las células PC12, la activación breve de la MAP kinasa Erk producida por la estimulación
con EGF induce la proliferación. En contraste, la activación persistente de Erk producida por
la estimulación con NGF induce una diferenciación con fenotipo neuronal.
proliferación
diferenciación
Marshall, Cell 1995
Los receptores de
superficie son de
diversos tipos
receptor nicotinico
Mecanismos moleculares involucrados en la transmisión de señales
Los mecanismos moleculares involucrados en la transmisión de señales no son mutuamente excluyentes, por ej. la
fosforilación o la unión a GTP usualmente induce cambios conformacionales.
Cambios alostéricos/interacciones
Modificaciones covalentes
Ras
co-localización
Raf
ras
PLC
ras
PLC
El efector se refiere a proteínas activadas por la señalización
intracelular y que implementan cambios de comportamiento.
Lodish et al MCB 2004
Varias proteínas de señalización funcionan como interruptores moleculares
Los interruptores moleculares existen en dos estados o conformaciones: activo, en el cual
transmiten la señal a otra proteína, e inactivo, en el cual no transmiten señales. Ejemplos
son las proteínas activadas por fosforilación o por unión a GTP. Proteína-kinasas y
fosfatasas, GEFs y GAPs regulan la conversión entre estados, respectivamente.
interruptores moleculares
Alberts et al, BMC 2002
Molecular “switch” de la GTPasa Ras unido a GDP, Sos y GTP
Ras presenta dos partes móviles o switches I y II. (a) El switch I interacciona con el GDP y es (b)
desplazado por una alfa hélice (naranja) de Sos, facilitando la liberación del GDP. (c) El GTP interacciona
con los switches I y II y estabiliza la conformación activa.
GDP
Lodish et al MCB 2004
La respuesta a un estímulo puede ser gradual o abrupta
A
respuesta
n la fase G1 de levaduras, (A) Sic1
se une e inhibe a la enzima
Cdk1, la cual dispara el
comienzo de la fase S. Durante
G1, Sic1 es gradualmente
fosforilado por Cdk-ciclinas de
fase G1. Al final de G1, Sic1
fosforilado en múltiples sitios es
detectado por el complejo SCF,
que lo ubiquitina y promueve su
degradación abrupta en
proteosomas. Este efecto actúa
como un “switch” que dispara la
duplicación masiva del DNA
(respuesta ultrasensible). En
contraste (B), la fosforilación de
un solo sitio en el factor de
transcripción Gcn4 provoca su
ubiquitinación por SCF y
degradación. De esta manera la
regulación de la transcripción de
por Gcn4 es gradual.
[s]
B
Gcn4
La cooperatividad positiva (a) amplifica la
sensibilidad de una señal, por ej. pequeños
cambios en su concentración pueden
resultar en una respuesta de mayor magnitud
que en la cinética de Michaelis-Menten (b).
Pawson, FEBSlett 2001
respuesta
C
[s]
La agregación de receptores es un mecanismo que controla
la sensibilidad de la señal y la magnitud de la respuesta
La oligomerización de los receptores de Fc y TCR estimulados induce su partición en rafts lipídicos (1)
donde son fosforilados por kinasas (2). Los receptores fosforilados reclutan kinasas citosólicas adicionales
(ej. Syk, ZAP) (3) que fosforilan proteínas adaptadoras (ej. LAT) (4) que amplifican la señal.
macrophage or
dendritic cell
mast cell
Secuencia que muestra la formación de una sinapsis inmunológica.
péptido-MHC (verde) y la molécula de adhesión ICAM (rojo).
Simons & Toomre, NRMCB2000
La agregación de receptores restringe su
difusión en la membrana y facilita la activación
simultanea de múltiples moléculas.
Grakoui et al Science 1999
La agregación de integrinas induce su anclaje al citoesqueleto y la
formación de complejos de señalización
ligando multivalente
Fibras de actina (rojo) ancladas a las
adhesiones focales formadas por
agregación de integrinas (verde, flechas).
kinasa inactiva
kinasa activa
Acumulación de
fosfotirosina en
los agregados de
integrinas revela
la actividad de
kinasas (flechas).
señalización
En las placas neuromusculares los receptores de acetilcolina
se agregan y maximizan la transmisión de la señal en la sinapsis
Durante el desarrollo, los terminales nerviosos de las motoneuronas
secretan el proteoglicano agrina, el cual desencadena la agregación
de los receptores de acetilcolina (puntos rojos) en las fibras musculares.
Terminales axonales de motoneuronas (verde) y
agregación de receptores de acetilcolina (rojo) en
las placas terminales de las uniones neuromusculares.
(Lichtman & Sanes, 2003)
La transmisión de las señales depende de proteínas modulares
feedback feedforward
regulation regulation
A
B
D
C
La complejidad de las vías de señalización
incrementa con el agregado de nuevos
nudos (D) y/o vínculos funcionales
(feedback o feedforward)
Proteínas modulares con dominios de reconocimiento
Módulos de interacción y sus ligandos.
hy: indica residuos hidrofóbicos
Pawson & Scott, Science 1997
Pawson & Nash, TICB 2001
Los dominios SH2 se unen específicamente a
secuencias cortas que contienen fosfotirosina
El dominio SH2 de la kinasa Src
(~ 100 aa) contribuye a la formación
de una interacción intramolecular
que autoinhibe la enzima.
Proteínas de señalización se unen al receptor
de PDFG activo mediante dominios SH2
SH2
La secuencia óptima de reconocimiento
del dominio SH2 de Src es pYEEI
La especificidad de los diferentes
dominios SH2 es determinada por la
fosfotirosina y residuos adyacentes
pYIPLPD
hacia el extremo carboxilo
Las superficies de los dominios SH2 de PLC, Src y Grb2
se muestran en azul, y los fosfopéptidos en amarillo. La
fosfotirosina se localiza a la derecha. En la PLC, la Ile +1
del péptido encaja en un surco formado por Cys (en verde).
En el SH2 de Src, esta Cys es reemplazada por Tyr (en verde)
lo cual genera una superficie plana que selecciona por
aminoácidos cargados en las posiciones +1 y +2. Un bolsillo
formado en parte por Thr (en rojo) acomoda la cadena lateral
hidrofóbica de isoleucina en posición +3. En Grb2, el lugar de la
Thr es ocupado por Trp (en rojo) lo cual obliga al doblado
(-turn) del fosfopéptido.
pYEEI
El reemplazo de la Cys por Tyr en el dominio SH2 de la PLC
cambia la especificidad de reconocimiento, haciéndose similar
a la del dominio SH2 de Src. El reemplazo Thr Trp en
SH2-Src cambia la especificidad hacia el SH2 de Grb2.
pYVNV
Pawson & Nash, Genes Dev 2000
Los dominios SH3 reconocen secuencias cortas ricas en prolinas
Los ligandos de los dominios SH3 (~ 60 residuos de longitud) pueden ser de dos tipos:
tipo I (+xxPxxP) y tipo II (PxxPx+). El signo + representa un aminoácido básico.
Arg
Pro
Pro
tipo II
tipo I
Modelo que ilustra dos péptidos
conteniendo prolinas (en amarillo) y la
topología de la región de interacción
correspondiente en un dominio SH3. La
arginina del péptido (en rojo) interacciona
con aminoácidos ácidos del dominio SH3
(en azul). Las prolinas se acomodan en
surcos del dominio SH3 (en verde).
Otros dominios, denominados WW (~ 40 aa) también reconocen
motivos ricos en prolina en la secuencia consenso PPXY o PPLP.
Los dominios PDZ interaccionan con motivos del
terminal carboxilo de numerosas proteínas
Los dominios PDZ (~ 90 residuos de longitud) reconocen secuencias de 3 aminoácidos en el terminal carboxilo
de las proteínas blanco. Se encuentran en varias proteínas de “scaffold” que organizan la post-sinapsis.
(P0 binds the C-terminal residue)
algunos dominios PDZ unen
la secuencia Ser/Thr-X-ɸ o
ɸ-X-ɸ en la proteína blanco.
Superficie del dominio PDZ de la proteína de “scaffolding” PSD-95 y el péptido KQTSV (en
rojo). Las regiones de la superficie que contactan el péptido se muestran en colores.
Lodish et al MCB2004
Los dominios PH (¨Plectrin homology¨) permiten la asociación de
proteínas de señalización con la membrana plasmática
Los dominios PH (~100 aa) reconocen fosfoinosítidos fosforilados (PIPs) localizados
en la hemicapa citosólica de la membrana plasmática. Algunos dominios PH son
específicos, por ejemplo se unen solo a PIP3, que es el producto de la enzima PI3K.
Ejemplos de proteínas con dominios PH son la PLC, Akt, dinamina, Sos, BARK, etc.
A
B
Visualización de la relocalización de la GFP fusionada a un dominio PH
de kinasa Akt, que se une a PIP3. La estimulación de la enzima PI3K
incrementa el PIP3 en la membrana y provoca la relocalización de la
proteína-PH-GFP a la superficie (flecha).
Las proteínas adaptadoras exhiben varios módulos de interacción y
pueden acoplar a los receptores con vías de señalización específicas
Grb2 es una proteína adaptadora que acopla el
receptor activado del EGF con Sos en la vía de
señalización de ras-MAPK. Para ello emplea un
dominio SH2 y dos dominios SH3.
ras
G
D
P
vía 1
Signaling
enzymes
vía 2
ras
G
D
P
G
T
P
activación
de MAPK
La proteína adaptadora Grb2 puede acoplar un receptor activo
fosforilado en tirosina, con múltiples vías de señalización
Las proteínas “scaffold” organizan ensambles multi-moleculares
en subdominios celulares, facilitando la transmisión de la señal
En la pre-sinapsis, las proteínas adaptadoras Piccolo y Bassoon organizan una región especializada de la membrana
pre-sináptica donde las vesículas sinápticas se anclan y estan listas para fusionarse a la membrana plasmática (zona activa).
En la post-sinapsis, la proteína adaptadora PSD-95 contribuye al ensamble de la densidad post-sináptica (PSD).
pre-sinapsis
post-sinapsis
SV, vesículas sinápticas; VGCC, canales de calcio activados por voltaje; NMDAR, AMPAR, mGluR, son receptores de
neurotransmisores en la postsinapsis.
Li & Sheng, NRMCB 2003
La proteína de anclaje “scaffold” PSD-95 contribuye al agregado
de receptores de neurotransmisores en la post-sinapsis
Mediante dos dominios PDZ y un dominio SH3, la proteína PSD-95 ancla receptores diferentes y proteínas
de señalización en la post-sinapsis. Mediante el dominio de guanilato kinasa (GuK), PSD-95 ancla el
complejo al citoesqueleto de actina, a través de un puente formado por ankirina y otras proteínas.
Los dominios PDZ se encuentran en mas de 600 proteínas. Se unen a secuencias cortas (~ 3-5 aa) del carboxilo terminal de
numerosos receptores y canales. Algunos dominios PDZ reconocen la secuencia Ser/Thr-X-, donde  es un residuo hidrofóbico.
Proteínas scaffold contribuyen a la especificidad
de la propagación de la señal intracelular
En células de mamíferos las proteínas
scaffold JIP y Ksr permiten el ensamblado
de complejos que activan específicamente a
las MAP kinasas JNK y Erk, respectivamente.
En levaduras las proteínas scaffold Ste5 y Pbs2 organizan vías de
señalización en respuesta a estímulos diferentes. Ste5 recluta una
combinación de proteínas involucradas en la respuesta al apareamiento
mientras que Pbs2 organiza la respuesta al estrés hiperosmótico.
activación por estrés (ej. ER), activación por factores
citoquinas (TNF), etc.
de crecimiento (ej. EGF).
Raf
MAPKKK
MEK Ksr
MAPKK
(MAPK)
(MAPK) Erk
(MAPK)
(MAPK)
fosforilación de c-jun
y activación de la
respuesta al estrés.
Pawson & Nash Genes Dev 2000
fosforilación de Rsk
y TCF. Activación de
la proliferación.
programa
transcripcional
que activa el
apareamimento.
programa
transcripcional
de respuesta al
estrés hiperosmótico.
Lodish et al MCB 2000
RECEPTORES ACOPLADOS A
PROTE
ÍNAS G Y SUS EFECTORES
PROTEÍNAS
Los receptores acoplados a proteínas G constituyen la familia mas numerosa de
moléculas de señalización,con ~ 1.000 genes (de ~ 30.000) en el genoma humano.
Incluye receptores para numerosas hormonas y neurotransmisores, receptores de
luz (rodopsinas) y de olor. Existe una variedad de proteínas G en el genoma
humano, con 27 subunidades G, 5 G y 13 G
s estimula la adenilato ciclasa
 inhibe la adenilato ciclasa
 i
q activa la fosfolipasa C
12/13 regula canales de Na+/K+
proteínas G heterotriméricas 

La estimulación del receptor activa una proteína G específica y ésta a su
vez modula la actividad de uno o más efectores
La proteína G trimérica  inactiva (unida a GDP) se asocia a la membrana mediante ácidos grasos. La subunidad G
interacciona solo con receptores estimulados (1, 2), evento que induce un cambio conformacional en la proteína G que
facilita el intercambio del GDP por GTP (3). La conformación de la proteína G-GTP le permite interaccionar y regular la
actividad de efectores (4). La hidrólisis del GTP induce la disociación de G -efector y su inactivación (5).
Lodish et al MCB2004
Los distintos efectores modulados por proteínas G
incrementan la concentración de segundos mensajeros
G Subclass*
Gs
Effect
(activación)
(inhibición)
Gi
Associated Effector
Protein
2nd Messenger
Adenylyl cyclase
cAMP
Ca2+ channel
Ca2+
Na+ channel
Change in
membrane potential
Adenylyl cyclase
cAMP
K+
channel
Change in
membrane potential
Ca2+ channel
Ca2+
Gq
Phospholipase C 
IP3, DAG
Go
Phospholipase C 
IP3, DAG
Ca2+
Ca2+
channel
Gt
cGMP
phosphodiesterase
cGMP
Gb
Phospholipase C 
IP3, DAG
Adenylyl cyclase
cAMP
*
A given G may be associated with more than one effector protein. To date, only one
major Gs has been identified, but multiple Gq and Gi proteins have been described. In
some cases (not indicated in this table) effector proteins are regulated by coincident
binding to Ga and Gb.
KEY: = stimulation; ? = inhibition. IP3 = inositol 1,4,5-trisphosphate; DAG = 1,2diacylglycerol.
Tipos de segundos mensajeros
La unión del ligando (primer mensajero) al receptor acoplado a proteínas G promueve el incremento
(o disminución) en la concentración de moléculas de vida media corta denominados segundos mensajeros.
activa PKA
activa PKG y abre
canales catiónicos
en bastones de la retina
activa PKC
Ca 2+
controla la actividad
de kinasas, fosfatasas
abre canales de
calcio en el RE
La subunidad Gs activa la adenil ciclasa y estimula la síntesis
de cAMP a partir de ATP
síntesis del cAMP
Diagrama de la estructura de la adenil ciclasa de mamíferos
La adenil ciclasa interacciona con la alfa hélice
del switch II de la subunidad Gs-GTP.
La actividad de fosfodiesterasas degrada el AMPc y por lo tanto
controla negativamente la señalización dependiente de AMPc.
La adenil ciclasa puede ser modulada positiva y negativamente
en la misma célula
La actividad relativa de subunidades Gestimuladoras e inhibidoras
determinan los niveles del segundo mensajero cAMP.
Lodish et al MCB2004
Toxinas bacterianas modifican irreversiblemente proteínas G que
activan la AC (ej. toxina del cólera)
Cholera toxin
CFTR. El canal se
abre cuando el
dominio regulador (R)
es fosforilado por PKA
y el dominio de unión a
nucleótido (NBD) hidroliza
el ATP unido.
Gs
Adenil
cyclase
cAMP
PKA
CFTR
En células intestinales
produce una pérdida de
Na+ and Cl-
CFTR: Cystic Fibrosis Transmembrane
Conductance Regulator
El segundo mensajero cAMP activa la proteína-kinasa A (PKA)
La PKA es una kinasa citosólica que fosforila residuos Ser/Thr dentro de la
secuencia consenso: X-Arg-(Arg/Lys)-X-(Ser/Thr)-. En su estado inactivo es
un tetrámero con dos subunidades reguladoras y dos catalíticas.
Hay descriptas 4 subunidades R (RI, RI RII, RIIy 3 subunidades C (, , Las subunidades R
Inhiben el dominio catalítico e interaccionan con AKAPs. La unión del cAMP a las subunidades R ocurre
de manera cooperativa e induce la disociación de las subunidades catalíticas en su forma activa.
R
C
R
C
La actividad de fosfodiesterasas degrada el AMPc y por lo tanto controla negativamente la activación de PKA.
AKAPs: A-Kinase Anchoring Proteins
Alberts et al, BMC 2002
Las subunidades catalíticas de la PKA se translocan al núcleo y
estimulan la transcripción de diversos genes
La subunidad C activa es pequeña y se transloca al
núcleo por difusión. En el núcleo su actividad termina
por la unión de un inhibidor y es exportada al citosol.
Los genes regulados por vías de señalización
dependiente de cAMP poseen en su promotor
un sitio CRE. PKA fosforila el factor de
transcripción CREB nuclear, promoviendo su
asociación con el coactivador CBP/P300 y el
ensamble del complejo de transcripción que
regula la expresión de múltiples genes blanco
(ej. Somatostatina, glucagón, insulin, etc).
Cinética de la activación transcripcional
CRE: c-AMP Response Element
CREB: CRE Binding
CBP: CREB Binding Protein
Lodish et al MCB2004
La PKA regula diferentes procesos citoplasmáticos dependiendo del
tipo celular (ej. metabolismo del glucógeno en hepatocitos y miocitos)
El glucagón es una hormona peptídica
secretada por el páncreas que
promueve el incremento de glucosa
sanguínea oponiéndose al efecto de la
insulina.
glucagon
GCPR
AC
active
glicógeno
sintasa
inactive
cAMP
active
PKA
inactive
active
inactive
Lodish et al MCB2004
La activación de la PKA puede visualizarse en la célula viva mediante FRET
FRET: Fluorescence Resonance Energy Transfer
no FRET
El biosensor de FRET consta de la YFP,
un péptido substrato de la PKA, un dominio
de unión al substrato fosforilado en serina
(14-3-3), y la CFP. Para medir FRET, las
células se iluminan con luz que excita a la
CFP (433 nm) y se registra la emisión de luz
de la YFP (527 nm).
excitación
433 nm emission
emisión
476 nm
FRET
excitación
433 nm
emisión
PKA
S
Arg/Lys-rich site
Respuesta celular del biosensor. Observe el cambio en la relación YFP/CFP cuando se agrega
una droga (Fsk) que activa la adenil ciclasa (representada por transición de color azul al rojo).
Esta activación es abolida cuando la serina del substrato se reemplaza por alanina (S475A).
escala que representa
los valores de YFP/CFP
con diferentes colores.
Zhang et al PNAS 2001
Además del control por fosfodiesterasas, la actividad de PKA es restringida
espacialmente por proteínas “scaffold” denominadas AKAPs
Las AKAPs (A-kinase anchoring proteins) son una familia de proteínas “scaffold” que anclan la PKA a
subcompartimientos celulares específicos, restringiendo espacialmente la actividad de la enzima. La
concentración de cAMP y la activación de PKA es limitada por la acción de fosfodiesterasas (PDE).
Representación de un complejo de señalización
formado por una AKAP típica. Una región de la
AKAP (1) interacciona con las subunidades
R de la PKA, otro dominio (2) retiene
el complejo a una estructura citoplasmática
específica (ej. centrosoma, membrana del Golgi,
etc) y otros sitios (3) se asocian con fosfatasas
o kinasas implicadas en la vía de señalización.
AKAP asociada a membranas de endosomas y Golgi
Los procesos de señalización vía cascadas de fosforilación amplifican
la señal extracelular inicial en varios órdenes de magnitud
(adrenalina)
Un complejo de receptor/ligando
activa numerosas moléculas de
Gs, Cada una de ellas activa
una molécula de AC.
Lodish et al MCB2004
La subunidad Gq activa la enzima fosfolipasa C, isoforma  que
cliva PIP2 y produce los mensajeros secundarios IP3 y DAG
IP3: Inositol 1,4,5-triphosphate
DAG: diacyl glycerol
Alberts et al, BMC 2008
Reacción catalizada por la enzima PLC y 
La PLC corta el PIP2 antes del grupo fosfato (flecha). La isoforma de la PLC se asocia a
receptores tirosina-kinasa de transmembrana como por ejemplo el EGFR (ver mas adelante).
5
1
4
Alberts et al, BMC 2002
El IP3 induce un aumento del calcio citosólico
El IP3 es una molécula soluble que se une
de manera cooperativa a canales de calcio
en la membrana del RE (2), facilitando la
salida de calcio del RE al citosol (3). El
calcio actúa como un mensajero secundario
reclutando la PKC a la membrana
plasmática (4) donde es activada por el
DAG (5). La PKC fosforila varias enzimas y
receptores modulando su actividad (6). La
depleción del calcio del RE estimula el
influjo de calcio extracelular (7).
(6) Uno de los substratos de la PKC es la glycógeno sintasa,
la cual es inhibida por la PKC. La PKC fosforila factores
de transcripción que estimulan la proliferación.
Lodish et al MCB2004
El DAG y el calcio son requeridos para activar la PKC
El DAG y el calcio son requeridos para la asociación de la PKC a la membrana plasmática y para
su activación. El dominio C2 de la PKC requiere de calcio para su interacción con los fosfolípidos
de la membrana. En la membrana los dominios C1 de PKC interaccionan con el DAG causando un
cambio conformacional que desplaza el pseudo-substrato del sitio activo permitiendo la catálisis.
active site
Existen numerosas isoformas de PKC implicadas en la regulación de diversos procesos celulares. La PKC
fosforila e inhibe receptores acoplados a proteínas G y al EGFR, otras isoformas activan la vía de la MAPK, etc.
El incremento en los niveles de calcio citosólico inducido por
señalización es rápidamente revertido
La concentración de calcio libre en el citosol es mantenida por debajo de 200 nM. En este proceso
intervienen proteínas transportadoras de calcio de la membrana plasmática, RE y mitocondrias.
Exportación de calcio al medio extracelular.
Alberts et al MBC 2008
Calmodulina es una proteína citosólica que une calcio
y modula la actividad de varias enzimas
calmodulina
Un aumento de Ca2+ >500 nM induce su unión cooperativa a calmodulina.
Cuatro iones calcio se unen por molécula de calmodulina. El complejo exhibe
una conformación activa que le permite interaccionar y activar diversas enzimas.
proteína efectora
ej. CaMK II
Las kinasas activadas por complejos calmodulina-calcio se
conocen como CaM kinases. Ejemplos:
- MLCK  MLC  contracción actino-miosina
- fosforilasa kinasa  glucogenólisis
-CaM-KII  tyrosine hydroxylase  catecolaminas (Adr, DA, etc)
- cAMP fosfodiesterasa  5´- AMP
- Ca2+ -ATPasa  disminución del Ca2+ citosólico
- calcineurina  NFAT
- NO sintasa  NO (nitric oxide)
La óxido nítrico sintasa cataliza la producción de óxido nítrico (NO)
a partir de L-arginina
El NO es un gas que actúa como mediador local (acción paracrina). Difunde a través
de la membrana y se une y activa proteínas receptoras intracelulares con actividad
de guanilato ciclasa. El cGMP formado activa la PKG y esta inhibe la interacción
actina-miosina promoviendo la relajación de la célula muscular.
Lodish et al MCB2004
Las variaciones espacio-temporales en la concentración de calcio
intracelular pueden visualizadarse en células vivas
espectro de excitación de Fura-2
El compuesto fluorescente Fura-2 permite
determinar los niveles de calcio
intracelular. El pico de excitación difiere si
no tiene unido (380nm) o tiene unido
(340nm) calcio. El gráfico muestra que el
rango de medición útil es entre 0-1 M.
Las mediciones expresan los cocientes de
emisión a 510nm cuando el compuesto es
excitado con luz de 340 y 380nm.
Gradiente de concentración de calcio
(rojo max., azul mín) en dendritas de
una neurona de Purkinje estimulada.
dendritas
soma
Espigas de calcio
axón
La secuencia muestra la propagación de un pico de calcio intracelular como
consecuencia de la estimulación de receptores acoplados a proteínas Gq. Los
máximos niveles de calcio se muestran en anaranjado y los mínimos en azul.
Biochemistry, Berg, Tymoczko, Stryer
célula bastón
de la retina
La rodopsina es un receptor de luz acoplado a proteínas G
G activa una cGMP fosfodiesterasa asociada a los discos membranosos del segmento externo.
rodopsina
En obscuridad canales catiónicos regulados por cGMP
permiten la entrada de Na+ y Ca2+ y la depolarización
parcial de la membrana. La activación de rodopsina por
luz induce la degradación del cGMP , el cierre de los
canales catiónicos y la hiperpolarización de la membrana.
hiperpolarización
Lodish et al MCB2000
En el músculo cardíaco el complejo G regula canales de potasio
La acetilcolina induce la relajación del músculo cardíaco (A) a través de la estimulacion de receptores
muscarínicos, los cuales activan una proteína G que provoca la apertura de canales de potasio y la
hiperpolarización de la membrana plasmática, disminuyendo la contracción. En el músculo esquelético la
acetilcolina estimula receptores nicotínicos. Estos forman canales catiónicos y no funcionan acoplados
a proteínas G. La unión de acetilcolina facilita la entrada de Na+, la depolarización y contracción.
A. músculo cardíaco
B. placa neuromuscular
hiperpolarización
Relajación
Contracción
Lodish et al MCB2004
Las proteínas tubby responden a la activación de receptores
acoplados a proteínas G0 y Gq que activan la PLC
Tubby es una familia de factores de
transcripción asociados a fosfoinosítidos
fosforilados (ej. PIP2) en la membrana
plasmática. Hormonas que estimulan
receptores asociados a G0 y Gq activan la
PLC y la hidrólisis del PIP2 (1). Esto
provoca la disociación de Tubby y su
translocación al núcleo donde regula la
transcripción.
Lodish et al MCB2004
La estimulación prolongada de receptores acoplados a proteínas G
atenúa la respuesta del receptor (desensibilización).
Los receptores pueden desensibilizarse por:
• fosforilación (PKA, PKC, GRK). reversible
• internalización (-arrestinas).
irreversible
• degradación en lisosomas.
Mecanismos adicionales que terminan la señalización iniciada por receptores
acoplados a proteínas G involucran la estimulación de la hidrólisis del GTP
de la proteína G, lo cual puede ser mediado por los mismos efectores o por
proteínas RGS (Regulator of G protein Signaling).
Desensibilización de receptores por fosforilación
La activación prolongada de PKA, PKC, etc. provoca la fosforilación inespecífica de receptores
asociados a subunidades G (desensibilización heteróloga). En contraste, las kinasas GRK se
activan por, y fosforilan solo a receptores activos. Es decir que estas kinasas son capaces de
discriminar entre receptores activos e inactivos. Por ej. la GRK BARK es activada por el receptor
-adrenérgico estimulado, al cual fosforila y desensibiliza (desensibilización homóloga).
P P
P
P
P P
P
P
desensibilización
heteróloga
GRK: G-coupled Receptor Kinases
desensibilización
homóloga
Las Beta arrestinas se unen a los receptores fosforilados y contribuyen a
su endocitosis, desensibilización y eventualmente a su degradación
Las arrestinas unidas a los receptores fosforilados bloquean la asociación y activación de la
subunidad G. Las -arrestinas además interaccionan con AP2 y clatrina promoviendo la
endocitosis y la disminución del número de receptores en la superficie. Los receptores
internalizados son defosforilados y reciclados a la superficie o degradados en los lisosomas.
Lodish et al MCB2004
RECEPTORES ASOCIADOS A
KINASAS CITOS
ÓLICAS
CITOSÓLICAS
 receptores de citoquinas (interferon, eritropoietina, interleukinas)
 receptores de adhesión (caderinas, integrinas, CAMs)
 receptores de células T (TCR)
citoquinas: son una familia de proteínas extracelulares que regulan el crecimiento y
diferenciación de tipos celulares específicos, particularmente del sistema hematopoyético
e inmune. Ej. Eritropoietina  maduración de eritrocitos; IL2  proliferación de células T
La estimulación de varios receptores de citoquinas activan
las tirosín-kinasas asociadas JAKs
JAK se asocia constitutivamente a varios receptores de citoquinas. En ausencia de estimulación la actividad de
JAK es basal. La estimulación de los receptores provoca su dimerización y facilita la autofosforilación de JAK,
lo cual a su vez incrementa su actividad. JAK activa fosforila tirosinas en el dominio citosólico del receptor.
(Ej. EpoR, prolactin R)
JAK: JAnus Kinase o Just Another Kinase
Lodish et al MCB2004
JAK fosforila a los factores de transcripción STATs
los cuales se translocan al núcleo y regulan transcripción
La proteínas STAT citosólicas se unen al receptor
fosforilado
a través de su dominio SH2. En el complejo, STAT es
fosforilada por JAK, evento que induce su disociación del
receptor, y la formación de homodímeros mediante
interacciones SH2-fosfotirosina recíprocas. La forma
dimérica STAT expone una NLS y se transloca al núcleo
donde activa la transcripción de varios genes blanco.
STAT: Signal Transducers and Activators of Transcription
Lodish et al MCB2004
La estimulación de receptores usualmente activa
varias vías de señalización paralelas
La activación del receptor de eritropoyetina activa 4 vías de señalización paralelas
que regulan la transcripción de diferentes grupos de genes. La consecuencia de esta
señalización es la amplificación y diferenciación de precursores de eritrocitos.
Lodish et al MCB2004
Fosfatasas y SOCS terminan la actividad de los receptores de citoquinas
Un mecanismo rápido (defosforilación) y otro mas lento (síntesis de SOCS)
controlan la duración de la señalización intracelular inducida por citoquinas.
SHP1 es una fosfatasa de tirosina que está
autoinhibida en el citosol. La fosforilación del
receptor inducida por estimulación recluta SHP1
a la membrana e induce su activación y
defosforilación de JAK. PTP1B es otra fosfatasa
que defosforila JAK2 y también STATs.
La expresión de las proteínas SOCS es
inducida por STATs. SOCS se unen a través
de dominios SH2 a las fosfotirosinas de JAK
y del receptor. Las proteínas SOCS también
poseen dominios que reclutan E3 ubiquitina
ligasa y promueven la degradación de JAKs
y los receptores en los proteosomas.
SOCS: Suppresor Of Cytokine Signaling
Lodish et al MCB2004
La estimulación de receptores de adhesión activan las
tirosín-kinasas citosólicas FAK y Src
Src y FAK se autofosforilan en respuesta a
la estimulación de integrinas. Src y FAK
activan vías de señalización que
promueven 1) proliferación a través
de la vía de Ras y la MAPK; 2) inhiben
la apoptosis a través de la vía de PI3K y
AKT; y 3) promueven la migración
celular a través de la activación de las rho
GTPasas (rho, rac y Cdc42).
(ver también figura 17)
Varias fosfatasas, ej. Csk y
SHP2 defosforilan e inhiben
a Src y FAK, respectivamente.
Csk
(-)
SHP2
(-)
integrinas  Src FAK Grb2 Sos  Ras
Cooper, Biol Cel 2nd Ed
La estimulación de receptores multi-subunidades del sistema inmune
induce la activación de kinasas de la familia de Src
La estimulación de los receptores de Fc (FcR) y de células T (TCR) induce su partición en rafts lipídicos (1) y su fosforilación
por kinasas de la familia de Src (Lyn, Lck, Fyn) (2). Los receptores son fosforilados en motivos con tirosina de acuerdo a
la secuencia consenso [YxxI/L (7-8 aminoacidos) YxxI/L]. Estos motivos se conocen como ITAM (Immunoreceptor
Tyrosine-based Activation Motif) y se encuentran en varios receptores con múltiples subunidades del sistema inmune.
Simons & Toomre, NRMCB2000
RECEPTORES CON ACTIVIDAD
ENZIMATICA INTRINSECA
 receptores con actividad de tirosín kinasa (ej. EGF, NGF, Ephrins)
 receptores con actividad de Ser/Thr kinasa (ej. TGF)
Los receptores con actividad de tirosín kinasa, RTKs, poseen un dominio extracelular que une al
ligando y un dominio intracelular que posee la actividad catalítica. Los ligandos de los RTKs son
péptidos/proteínas que se encuentran solubles o asociados a la membrana de plasmática.
El genoma humano codifica para ~ 58 receptores de transmembrana
con actividad tirosín-kinasa distintos, agrupados en 20 familias
Hunter, Nature 2001
La unión del ligando al dominio extracelular induce la activación y
autofosforilación del dominio tirosín-kinasa citosólico
Los receptores no estimulados poseen una actividad de tirosín-kinasa basal (1).
La unión del ligando provoca la dimerización y autofosforilación del receptor
(2), evento que activa el dominio catalítico y promueve la fosforilación de varias
tirosinas del dominio citosólico, generando sitios de unión para proteínas de
señalización con dominios SH2 o PTB (3).
S H2
dimerización y autofosforilación de Tyr
del dominio catalítico
fosforilación de
tirosinas adicionales
Lodish et al MCB2004
La asociación de distintas moléculas de señalización al receptor fosforilado
permite la diversificación de la señal intracelular
El EGFR fosforilado induce el reclutamiento de varias moléculas de señalización, por ejemplo, la
fosfolipasa C, la tirosín kinasa c-Abl y las proteínas adaptadoras Grb2 y Shc se unen a
fosfotirosinas específicas del receptor mediante dominios SH2 y PTB.
dominio
extracelular
PLC
C-Abl
Grb2
Grb2
Shc
pY
pY
pY
pY
pY
pY
992
1045
1068
1086
1148
1173
dominio intracelular
membrana
PLC
Fosfatasas defosforilan y desensibilizan al receptor
La PTP1B es una fosfatasa de tirosina que defosforila al EGFR, IR y a otros receptores
con actividad tirosín-kinasa.
PTP1B
EGFR
dominio
extracelular
pY
pY
pY
pY
pY
pY
992
1045
1068
1086
1148
1173
dominio intracelular
membrana
La endocitosis es otro mecanismo que regula la señalización
En ausencia de ligando, el EGFR se endocita con una cinética 5-10 veces más lenta que cuando tiene
unido al EGF. Aproximadamente un 50% del complejo EGF-EGFR es derivado a lisosomas.
reciclado
degradación
La degradación de los receptores
disminuye transitoriamente la
capacidad de las células para
responder al estímulo extracelular.
Algunos receptores tirosín-kinasa fosforilados reclutan y activan la PLC
La fosfolipasa C se une al receptor fosforilado mediante dominios SH2. El receptor activo fosforila y
activa la PLC promoviendo la síntesis de los segundos mensajeros IP3 y DAG a partir de PIP2.
Estructura modular de la PLC
Cooper, Biol Cel. 2002
La PLC y PLC catalizan la formación de IP3 y DAG
La PI-3K cataliza la fosforilación de fosfoinosítidos en posición 3
PTEN
PTEN
PTEN
Algunos receptores tirosina-kinasa activan la vía de PI-3K/AKT
generando señales de supervivencia
La PI-3K es un heterodímero formado por una subunidad adaptadora y una catalítica. En estado basal la
subunidad adaptadora inhibe a la catalítica. La activación de receptores recluta a la subunidad adaptadora
y desinhibe la enzima, la cual fosforila fosfolípido-inositoles en posición 3. Los productos PI(3,4)P2 y
PI(3,4,5)P3 reclutan a las kinasas PDK1 y PKB (Akt) a la membrana donde son activadas.
SH
2
PTEN
(fosfatasa)
mutaciones de PTEN
promueven el desarrollo
de cáncer
Bcl2
Bcl2
PI-3K: Phosphoinositide-3 kinase
PDK1: Phoshoinositide-Dependent Kinase-1
PKB/Akt: Protein Kinase B/producto del oncogen v-akt
Alberts et al MBC 2000
La activación de la kinasa citosólica PKB = Akt ocurre en la membrana
PKB existe en el citosol en una conformación inactiva, estabilizada por la interacción del dominio PH con
residuos del dominio catalítico. El reclutamiento y anclaje a la membrana mediado por el dominio PH induce
un cambio conformacional y permite la fosforilación mediada por PDK1, ambos eventos activan a la enzima.
PI-3K
Lodish et al MCB2004
A través de una vía que involucra a la PI-3K el receptor de insulina
regula la captación de glucosa
Adipocitos transfectados
con GLUT4-GFP. Note la
translocación a la membrana
después de la estimulación.
+
Saltiel & Kahn Nature 2001
Algunos receptores con actividad de tirosina kinasa
activan la GTPasa ras y la vía de la MAPK Erk
La unión de Grb2 y Sos acopla
el receptor a Ras inactivo
La unión del ligando provoca la
dimerización y autofosforilación
de los receptores
Sos promueve el intercambio
del GDP por GTP en Ras.
Ras-GTP activo se disocia de Sos
Lodish et al MCB2004
La GTPasa Ras es activada en la membrana plasmática
Ras se ancla a la membrana por ácidos grasos agregados post-traducción. Mutantes
de ras que no pueden anclarse a la membrana son incapaces de activar al efector Raf.
membrane
cytosol
Ras activa una cascada de kinasas que incluye la MAP kinasa Erk
1. En estado basal Raf existe en una conformación inactiva en el citosol.
2. La activación de Ras recluta a la kinasa Raf a la membrana. Cambios
conformacionales, fosforilación y defosforilación de Raf activan la kinasa.
3. Raf activo fosforila y activa a la kinasa MEK.
4. MEK es una kinasa dual que fosforila y activa a la MAPK Erk.
En organismos multicelulares existen 3 subfamilias de MAPKs:
- Erk ("Extracellular regulated kinases")
- JNK ("c-Jun N-terminus kinase")
- p38
Lodish et al MCB2004
La activación de la MAP kinasa requiere de la fosforilación dual
de una treonina y una tirosina en el lóbulo catalítico
Lodish et al MCB2004
La MAPK activa se transloca al núcleo y activa
factores de transcripción nucleares
La MAPK Erk activa forma un dímero que fosforila la
kinasa p90RSK en el citosol. Ambas kinasas activas
se translocan al núcleo donde fosforilan y activan
factores de transcripción. Erk activa TCF (¨Ternary
Complex Factor¨) y pp90RSK activa el factor de
transcripción SRF (¨Serum Response Factor¨).
Ambos, TCF y SRF fosforilados forman un complejo
trimérico que se une a secuencias promotoras y
estimulan la expresión de genes de expresión
temprana como por ej. c-Fos y c-Jun.
La regulación extracelular de diferentes procesos fundamentales en
S. cerevisiae es mediada a través de distintas MAP kinasas
Alberts et al MBC 2002
La activación de MAP kinasas específicas depende de proteínas adaptadoras
En células de mamíferos las proteínas
adaptadoras JIP y Ksr coordinan la activación
de la MAP kinasa JNK y Erk, respectivamente.
En levaduras las proteínas adaptadoras Ste5 y Pbs2 organizan vías
de señalización en respuesta a estímulos diferentes. Ste5 recluta una
combinación de proteínas involucradas en la respuesta de apareamiento
mientras que Pbs2 organiza la respuesta al estrés hiperosmótico.
activación por estrés (ej. ER), activación por factores
citoquinas (TNF), etc.
de crecimiento (ej. EGF).
Raf
MAPKKK
MEK Ksr
MAPKK
(MAPK)
(MAPK) Erk
(MAPK)
(MAPK)
fosforilación de c-jun
y activación de la
respuesta al estrés.
Pawson & Nash Genes Dev 2000
fosforilación de Rsk
y TCF. Activación de
la proliferación.
programa
transcripcional
que activa el
apareamimento.
programa
transcripcional
de respuesta al
estrés hiperosmótico.
Lodish et al MCB 2000
Kinasas y GTPasas integran señales de distintos receptores
integrinas
FAK
Src
PD
proliferación, apoptosis, diferenciación, metabolismo, etc
Alberts et al MBC 2002, modific
Los receptores de TGF- son Ser/Thr-kinasas que directamente
activan factores de transcripción citosólicos (Smads)
El receptor de TGF- consiste de tres proteínas de transmembrana. RIII es un proteoglicano que se une y
concentra el TGF-en la membrana. RI y RII tienen cada uno un dominio de Ser/Thr kinasa en su región
citosólica; RII esta siempre activa. La unión del TGF- a RII y RIII induce la formación del trímero RI/RII/RIII lo
cual permite la fosforilación y activación de RI por RII. RI fosforila e induce la formación de complejos
Smads/-importinas que se translocan al núcleo y junto al factor de transcripción TFE3 regulan la transcripción
de genes blanco.
La fosforilación del dominio MH2 de R-Smad por RI provoca
su disociación de MH1 y la exposición de una NLS.
TGF: Transforming Growth Factor
Lodish et al MCB2004
expresión de genes anti-proliferativos (inhibidores de
proteasas, inhibidores de Cdks), supresión de c-myc.
La estimulación de ciertos receptores activa vías de señalización
que involucran eventos proteolíticos. NF-B/I-B
El NF-B es un factor de transcripción heterodimérico expresado en la mayoría de las células, y que en
estado basal está secuestrado en el citosol por el inhibidor I-B. Citokinas inflamatorias como el TNF e
interleukina-1 estimulan receptores que activan kinasas citosólicas (TAK1 , IKK) que fosforilan al inhibidor
I-B. I-B fosforilado es substrato de una E3 ubiquitina ligasa que lo marca para su degradación en el
proteasoma. El NF-B libre expone una NLS y se transloca al núcleo donde activa numerosos genes.
El inhibidor I-B
enmascara una NLS
en NF-B.
(IKK)
Lodish et al MCB2004
La proteólisis de Notch genera un fragmento que actúa como una
señal inhibitoria de diferenciación neural
Notch y Delta son proteínas de transmembrana involucradas en un mecanismo de diferenciación celular
denominado “inhibición lateral” en el cual células adyacentes equivalentes (a) adquieren fenotipos
diferentes (b). La interacción de los dominios extracelulares de Notch y Delta activa la proteólisis de Notch
y el fragmento intracelular se transloca al núcleo e inactiva la expresión de genes proneurales.
células
equivalentes
competición
Lodish et al MCB2004; MBC Alberts et al 2002
diferenciado
célula
epitelial
célula
sensorial
Parte del tórax de Drosophila mostrando
un parche de células mutantes con Delta
inactivado. Por lo tanto la inhibición
lateral no ocurre y todo el grupo de células
se diferencian en sensoriales.
La regulación transcripcional de -catenina es regulada por proteólisis
En ausencia de estimulación -catenina es reclutada a un complejo con axina y APC donde es fosforilada
por la kinasa GSK-3. El residuo fosforilado es reconocido por una E3 ubiquitina ligasa que marca la
-catenina para su degradación en el proteosoma. El factor extracelular Wnt estimula al receptor frizzled
(B), y activa una vía que inhibe la GSK-3, permitiendo la acumulación de -catenina en el citosol y su
translocación al núcleo donde regula la expresión de numerosos genes.
proteasoma
degradation
Sistema de señalización en plantas
Respuesta al etileno
Respuesta al etileno
en el crecimiento
El etileno es un gas que actúa como un importante factor regulador del crecimiento y mecanismos de defensa en plantas. Los
dominios citosólicos de los receptores de etileno en ausencia de etileno interaccionan y activan una kinasa de Ser/Thr
denominada CTR. CTR fosforila y promueve la degradación de factores de transcripción (EIN) que regulan la transcripción de
genes de respuesta al etileno. La unión del etileno al receptor impide la activación de CTR, lo cual permite que los factores de
transcripión EIN regulen la expresión/represión de cientos de genes controlados por etileno.
Sistema de señalización por auxinas
Sistema de señalización en plantas
Sensado de luz
Los fitocromos median el crecimiento y desarrollo
de las plantas en respuesta a luz roja.
Los receptores de luz mas estudiados en plantas son los fitocromos. Los
fitocromos son Ser/Thr-kinasas diméricas que se activan con luz roja
(650-670nm) y se inactivan con luz roja lejana (705-740 nm). La
activación resulta de su autofosforilación. Los fitocromos activos se
translocan al núcleo donde interaccionan con proteínas reguladoras de la
transcripción. Los criptocromos y fototropinas son otros fotosensores
proteicos que responden a la luz azul (320-500 nm).
Las fototropinas regulan el fototropismo, apertura
de estomas y localización de cloroplastos. Son
Ser/Thr kinasas asociadas a membranas, los
dominios LOV sensan la luz a través de flavin
mononucleótidos (FMN). La absorción de luz induce
cambios conformacionales que activan la kinasa.
Kimura & Kagawa 2006