DESACTIVACIÓN Y REGULACIÓN DE LOS RECEPTORES DE MEMBRANA

Transcripción

1 DESACTIVACIÓN Y REGULACIÓN DE LOS RECEPTORES DE MEMBRANA - Activación del receptor Cambio de conformación del receptor Transducción de la señal hormonal Segundos mensajeros hormonales Amplificación de la señal hormonal - Procesamiento del complejo H-R Agregación Internalización Separación del ligando (fosforilación) Reciclamiento del receptor Tras la formación del complejo hormona receptor, se suceden dos cosas. Por un lado se activa el receptor, lo que lleva consigo su cambio de conformación, la transducción de la señal hormonal, la formación de segundos mensajeros y la amplificación de la señal. Por otro lado, se procesa el complejo hormona-receptor, lo que lleva consigo la agregación, la internalización, la separación del ligando por procesos de fosforilación y el reciclamiento del receptor.

2 PROCESAMIENTO DE RECEPTORES DE MEMBRANA Este esquema resume el procesamiento de receptores de membranas. Observamos la membrana celular con una serie de receptores y sus ligandos correspondientes, que se unen a ellos. Se formará el complejo hormona-receptor y una vez que se ha transducido la señal, se unen a un punto de la membrana (agregamiento), y una vez allí ésta se comienza a invaginar y formará una vesícula (invaginación). Ésta se empezará a revestir de clatrina. Más tarde la clatrina se separa y da lugar a una vesícula desnuda en la cual a la vez se separan receptores de sus ligandos. Tras esto se suceden dos vías de reciclamiento: Se están uniendo las proteínas al receptor, y también se van a unir unas moléculas de adaptina que hay en el interior. Sirven de conexión entre moléculas de clatrina y los receptores con sus ligandos. Nunca va a invaginarse un receptor que no esté unido a su ligando. A la vez que se unen las moléculas de clatrina y adaptina se va invaginando la membrana, hasta formarse la vesícula. A partir de ahí se empezará a separar la clatrina, quedando las vesículas desnudas. A continuación se separarían H-R y los receptores irían a reciclarse (aunque a veces no lo hacen) y las hormonas a degradarse. Además, en su mayoría se reciclarán las moléculas de adaptina y clatrina.

3 LA CLATRINA Las unidades de clatrina forman una estructura característica, conociéndose a una molécula de estas como triskelion. Sirven para unirse unas a otras. Están a su vez formadas por otras cadenas polipeptídicas: 3 cadenas pesadas (unos 180 kd) 3 ligeras (unos 35 kd) Al unirse formarán una especie de coraza alrededor de la membrana plasmática. Cada uno de estos triskelion tiene un punto de unión para unas partículas que parece que existen en la membrana plasmática y una tirosina en el extremo de estas cadenas polipeptídicas es capaz de unirse a estas partículas, de forma que así pueden dar lugar a esa coraza.

4 PROCESAMIENTO DE RECEPTORES DE MEMBRANA - Función biológica de la agregación de receptores Inducir la activación biológica de la hormona (RTKs) - Mecanismo de la agregación Por simple difusión: no necesita energía no lo afectan drogas que afectan al citoesqueleto receptores distintos aunque relacionados Para qué hace falta la función biológica de la agregación de los receptores? Se especula que en el caso de los receptores tirosin kinasa, son necesarios para inducir la actividad biológica de la hormona. Parece ser que la agregación se produce por simple difusión, porque se ha visto que no necesita energía (no se gasta ATP) ni está relacionado con el citoesqueleto celular (esto se ha comprobado experimentalmente con la administración de droga, tras la que se observa que sigue habiendo agregación de receptores pese a que afecta a las proteínas del citoesqueleto, las destruye). Se pueden encontrar receptores distintos en una misma vesícula revestida de clatrina pero tienen que ser relacionados entre sí desde el punto de vista estructural: no tienen que ser todos de insulina, por ejemplo, pero sí todos tirosin kinasa (con diferentes ligandos pero del mismo tipo).

5 - Internalización inducida por ligando - región extracelular rica en Cys - Importancia biológica - el 2º mensajero se separa al unirse la hormona o bien al agregarse los receptores - la internalización permite que se libere la hormona en el interior de la célula - Algunos receptores no son reciclados (EGF) y otros sólo en algunos tejidos (IR) La internalización va a estar inducida por el ligando (no la habrá si no está el ligando unido). Se ha visto que en muchos de estos receptores hay una región extracelular que es rica en residuos de cistina. Parece ser que estos residuos de cistina tienden a unirse entre sí y arrastran al resto de la molécula del receptor con su ligando. Por eso, parece ser que es en la región extracelular donde empieza el proceso. Se suele considerar que el segundo mensajero se forma al unirse el complejo hormona-receptor y transducirse la señal, y no hace falta que la hormona entre en la célula. Sin embargo, los hay que piensan que esta internalización permite que la hormona se libere al interior celular y tenga una acción. Algunos receptores no se reciclan. Los factores de crecimiento epidérmico (EGF) son un ejemplo: se tienen que biosintetizar cada vez. Hay otros como los de insulina que sólo se reciclan en algunos tejidos. La importancia fisiológica de esto es que mientras estos receptores no se reciclen hay un tiempo en que la célula no tiene dichos receptores y por eso no puede unir el ligando. Este proceso se denomina down regulation y quiere decir que en la superficie celular hay menos receptores durante un tiempo, momentos en los que dicha célula no será tan sensible al ligando. En el esquema, tras la invaginación se le une una molécula (la ubiquina). Se forma la vesícula desnuda y un endosoma temprano en el cual están los receptores con sus ligandos, que se van aislando en pequeñas vesículas, las cuales acaban por fundirse con un lisosoma y se digieren totalemente tanto ligando como receptor.

6 Desactivación y regulación de los receptores de membrana Desacoplamiento de la transducción en receptores asociados a proteínas G Separación de los receptores de las proteínas G - cambios en el receptor fosforilación - por PKA y PKC: desensibilización heteróloga - por GRKs (quinasas de los receptores acoplados a proteínas G): desensibilización homóloga Ej: fosforilación del receptor beta-adrenérgico - cambios en las proteínas G Existe una desactivación y una regulación de los receptores de membrana. Por un lado sabemos que va a haber un desacoplamiento de la transducción en receptores asociados a proteínas G (se separan de ellas) y por el otro habrá cambios en el receptor y también en la proteína G (se pueden unir a una serie de nucleótidos de guanina, lo que hará que estén en estado activo o inactivo). Hay dos formas de sensibilizar el receptor: fosforilarlo con PKA o PKC ( desensibilización heteróloga ) o por quinasas de receptores acoplados a proteínas G ( desensibilización homóloga). FOSFORILACIÓN DEL RECEPTOR β-adrenérgico FOSFORILACIÓN DEL RECEPTOR β-adrenérgico - A concentraciones bajas de ligando: Proteína G* adenilato ciclasa* aumento de camp PKA* fosforilación de βra en el tercer bucle y porción yuxtamembrana - A altas concentraciones de ligando: Proteína G* adenilato ciclasa aumento del camp* βpka* (quinasa del receptor β- adrenérgico) fosforilación de βar en región rica en Ser y Thr del extremo carboxílico El punto modificado se une a la ARRESTINA y se separa del receptor de la proteína G Será diferente en función de las concentraciones de ligando. El símbolo * significa que la molécula está activada. Yuxtamembrana significa por debajo de la membrana plasmática. La diferencia es que a altas concentraciones, el aumento de camp activa a la kinasa del receptor adrenérgico (βpka) en lugar de activar a la PKA. Esto hará que el receptor sea fosforilado en un punto diferente. Así, estudiando la estructura de éstos receptores se puede saber en qué condiciones pueden ser fosforilados.

7 El receptor β-adrenérgico al unirse el agonista se activa. Observamos la proteína G con las subnidades βγ y la subunidad α. En ambos caso se da una fosforilación. Al punto modificado se le une la arrestina. Al hacerlo provoca que se separe el receptor de la proteína H (da igual por qué quinasa se haya fosforilado). Lo que hace en realidad es impedir el acceso y la unión de las proteínas G, y por ello se sensibiliza el receptor. Después el receptor probablemente se invagine.

8 Esto es un esquema de los receptores. Aparecen representados puntos de glicosilación y palmitoilación, así como los puntos de fosforilación por la GRK: en el tercer bucle intracelular y también en los residuos de serina y treonina pegados al extremo C-terminal.

9 Hay diferentes familias de esta kinasa. En la tabla aparecen los nombres comunes que se les dieron al irse descubriendo y también los actuales. Asimismo, el modo de acción y la distribución en tejidos (están prácticamente en todos los neuroendocrinos, como corazón, hígado o páncreas).

10 Formadas por una cadena polipeptídica, tiene al menos 3 o 4 regiones que se pueden distinguir: región más N-terminal: para unión al receptor dominio catalítico (tirosin kinasa) punto de autofosforilación región variable (no está muy conservada de unas moléculas a otras, aunque parece que es para la unión a la membrana y poder actuar en el momento adecuado en el sitio adecuado) Partiendo de esa base se forman las diferentes familia, en cada una de las cuales cambia algún detalle. Hay también diferentes subfamilias relacionadas estructuralmente. Una de las modificaciones: en el dominio catalítico añadido un dominio farnesilo en algunas (un poliisoprenoide). De las familias de receptores adrenérgicos hay una zona de unión a las subunidades βγ de las proteínas G (aquí es donde las activan directamente). En la familia GRK4 hay 5 dominios, con un grupo palmitoito y una zona de unión a la calmodulina (relación con las concentraciones de calcio).

11 FUNCIÓN DE LA ARRESTINA: Hay autores que defienden que atrae a una tirosina quinasa llamada c-src (es soluble y pequeña), la activa y activa la vía de la MAP quinasa. Esta vía actúa a nivel del núcleo, y relaciona la

12 desensibilización del receptor con la activación de la vía de la MAP quinasa. Participarían el receptor con la hormona, así como la arrestina pegada a los puntos de fosforilación y separando de la proteína G. Se podría unir también la clatrina, y a la vez estaría la c-src, que estaría activando la vía de la MAP quinasa. AP2 es la proteína adaptadora 2. Hay otras proteínas que activarían otra cascada de la transducción intracelular de señales. Este esquema vendría a explicar lo mismo que el anterior.

13 FUNCIONES DE LA ARRESTINA 1) Participar en la desactivación de los receptores de membrana unidos a proteínas G (GPCRs) 2) Participar en la internalización del complejo receptor-arrestina: como conector, se combina con la clatrina 3) Atraer y unir tirosina quinasa Src activa la vía de la MAP quinasa relacionar la desensibilización del receptor con la activación de la vía de la MAP quinasa REGULACIÓN DE LA FUNCIÓN Y DE LA EXPRESIÓN DE LOS RECEPTORES DE MEMBRANA Internalización Downregulation Desensibilización fosforilación del receptor por GRK

14 TRANSDUCCIÓN DE LA SEÑAL INTRACELULAR PROTEÍNAS G BASES MOLECULARES DE LA TRANSDUCCIÓN DE SEÑALES Señal química = hormona = 1er mensajero unida a receptores de membrana se transduce la señal hormonal por medio de modificaciones químicas reversibles a un sistema efector - conjunto de moléculas que recibe en primer lugar la transducción de la señal y da lugar a un 2º mensajero que inicia una vía de transducción de señales intracelulares en forma de cascada RESPUESTA CELULAR Se transduce la señal hormonal por medio de modificaciones químicas reversibles que se lleva a un sistema efector (es un conjunto de moléculas que recibe en primer lugar la transducción de la señal y da lugar a un 2º mensajero). Hay muchas moléculas que recibirán la señal, y para que se puedan considerar sistema efector tiene que dar lugar a un 2º mensajero. El 2º mensajero inicia una vía de transducción de señales intracelulares en forma de cascada (una molécula activa a otra y así sucesivamente). Al final habrá respuesta celular.

15 Abajo tendríamos señalización por fosforilación: una molécula a la que le llega una señal, se fosforila por medio de APP y se activa. Una vez activada y fosforilada, transduce la señal a la siguiente. Entonces se desfosforila y pasa de nuevo a su estado inactivo (situaciones ON y OFF). En el caso de la señalización por unión a GPP, tras unirse le llega una señal que hace que pierda GPP e incorpore GTP. Transmite la señal y pierde el grupo fosfato, volviendo a ser inactivo. Estos ciclos se suceden continuamente en el tiempo: si no fuese así se producirían daños graves en la célula (posible relación con el cáncer). MOLÉCULAS DE LAS VÍAS DE TRANSDUCCIÓN INTRACELULARES DE SEÑALES: - proteína G - adaptadores - enzimas: proteínas kinasas y fosfatasas lipasas ciclasas (adenilato ciclasa, guanilato ciclasa) - sistemas efectores - 2os mensajeros Veremos estructura y funcionamiento para luego poder colocarlas una a continuación de otra y poder entender determinadas vías. Los adaptadores o conectores conectarán como eslabones unas cadenas (no tienen mucha más función que esa).