Transducción de señales-2015
Sistema de pasos múltiples
1. Receptores C Receptor citoplasmático
RECEPTORES ACOPLADOS A PROTEINAS G Y PROTEÍNAS G HETEROTRIMÉRICAS (GPCR)
Receptores acoplados a proteinas G (GPCR) Son proteínas transmembranales. Conocidas como receptores 7TM. Regiones inmersas en la membrana son conservadas. Reconocen una amplia variedad de ligandos y proteínas G. Superfamilia +700 Figura 1. Ilustración de un receptor de membrana acoplado a una proteína G. www.cnsforum.com
GPCR en plantas GPCR in plants Do Plants Contain G Protein-Coupled Receptors?1 Bruck Taddese2, Graham J.G. Upton, Gregory R. Bailey, Siân R.D. Jordan, Nuradin Y. Abdulla, Philip J. Reeves, and Christopher A. Reynolds* Plant Physiol. Vol. 164, 2014 56 posibles secuencias GCR1: estructura similar pero no demostrado aún!
2. Proteínas G heterotriméricas Compuesta de tres subunidades: α subunidad: 39-46 kd Actividad GTPasa hidroliza al GTP Interactúa con receptores de membrana β subunidad: 35-39 kd γ subunidad: ~ 8 kd, la más variable Se requieren para el buen funcionamiento de la proteína. Gran diversidad Figura 2. Estructura terciaria de una proteína G. http://www.webbooks.com/mobio/free/ch6d2.htm
Funcionamiento de proteínas G heterotriméricas
En plantas? Genes codificantes para receptores 7TM han sido aislados en: Arabidopsis, pino, trigo y álamo. Genes codificantes de proteínas G triméricas también se han encontrado Proteínas G se han relacionado con la señalización del AIA, inducción de las giberelinas sobre genes α amilasa, respuesta a distintos tipos de luz y patógenos, Cierre estomático (regula canales de K y Ca) Plant Signaling & Behavior 6:7, 986-990; July 2011
3. Efectores Efectores 2 tipos: canales iónicos y enzimas (adenyl ciclasas). Regulan cn de camp, cgmp, DAG, IP3, Ca (mensajeros secundarios) y estos regulan Kinasas y PPasas Canales iónicos: especificidad variable Canales de potasio en células guarda Enzimas: regulan la concentración de mensajeros secundarios inositol trifosfato (IP 3 ). Fosfodiesterasas y ciclasas camp, cgmp Enzimas guanilato cgmp Ruta del fosfoinositol DAG y Ca respuesta ante estrés Estos a su vez regulan la actividad de kinasas y fosfatasas dependientes de mensajeros secundarios.
En plantas no PLC sino PLD y DGPP PLD activado por divesas señales
Fosforilación de proteínas Mecanismo de respuesta ante distintos estímulos. Proteínas kinasas: transferencia de grupo P a uno o más aminoácidos en una determinada proteína. Clasificadas en: serina/treonina kinasas y tirosina kinasas. Algunas kinasas pueden ser de los 2 tipos. Proteínas fosfatasas: desfosforilan los mismos aminoácidos. Ambas proteínas regulan enzimas de manera específica.
Fosforilación de proteínas Regulan: Actividad de kinasas dependientes de ciclinas división celular, factores de transcripción y enzimas. Pueden ocurrir eventos múltiples o cascadas de fosforilaciones o desfosforilaciones Aprox 300 aa: dominio catalítico y dom regulatorio Kinasas son muy variables y muestran gran especificidad por distintos sustratos Separadas por familias según su estructura, especificidad, ligando al que regulan y función celular
Unión fosfodiester
4. Proteínas kinasas Proteínas kinasas del grupo AGC Son activadas por mensajeros secundarios: camp y cgmp activan kinasa A y G respectivamente. Fosfatidilserina y Ca + DAG activan la kinasa C. Han sido encontradas en plantas de manera esporádica. Proteínas calmodulina/ca 2+ Ca 2+ se une al calmodulina y la activa, CaM luego activa kinasas generando un cambio conformacional (o fosfatasas) formación de complejo proteico. En plantas en respuesta a luz, presión, GA, ABA En animales activan kinasas CaMPKs
AGC kinasas en plantas PA: àcido fosfatìdico Mensajero 2rio
Principales grupos de proteínas kinasas (cont.) Kinasas dependientes del calcio: Gran diversidad en plantas, no se han identificado en animales. Ca 2+ reprime el mecanismo de autoinhibición del sitio activo de la proteína permitiendo su activación. Pueden estar adheridas a la membrana o contenidas dentro del citoplasma. Genes muestran especificidad de tejido y etapa de desarrollo
5. Proteínas fosfatasas Se clasifican en dos tipos: PP1 PP2: se dividen en tres subgrupos basados en la especificidad por el sustrato, sensibilidad a inhibidores y regulación por cationes: PP2A, PP2B y PP2C Pueden formar holoenzimas Moléculas inhibitorias: ácido okadaico, caliculina A (espongas marinas) Todos los tipos han sido identificados en plantas. ABI1 y ABI2 asociados a respuesta a ABA Regulación de proteínas kinasas cascadas de MAPK, CDK y CaMPK.
6. ENZIMAS RECEPTORAS TRANSMEMBRANALES Receptores transmembrana combinan: -percepción de señales y -actividad enzimática en un solo péptido (Dominios extra e intra-celular y transmembrana de paso simple) Animales = Receptores Tirosina Kinasas. Ocurre transautofosforilación (dimerizan y se autop) Plantas = son receptores kinasas serinas/treoninas y una poco común receptor kinasa histidina (ej. ETR1 y CKI1)
KINASAS TIPO RECEPTORES (RLKs) EN PLANTAS Arabidopsis= 300 secuencias codificantes p/ receptores kinasas Ser/Tre. Receptores más comunes en plantas No se conoce mucho de ellos RLKs = 20 familias y muchas subfamilias. 2 tipos comunes: S y LRR - S: motivo de 10 S, asociado autoincompatibilidad polen-pistilo - molécula de LRR (motivo de leucinas) = interacciones proteina-proteina. -Kinasas varían en especificidad de sustrato
PROTEÍNAS RELACIONADAS A RLKs Son proteínas truncadas SLG (similar al SRK de Brassica) Cf-9 (resist. a hongo en tomate) PTO (resist. a Pseudomonas sp. en tomate)
7. PEQUEÑAS PROTEÍNAS DE UNIÓN A GTP animales Señal Receptor tirosina kinasa autofosforilan por ATP traducción de señal por peq. Proteinas G (GTP-asas) cascadas de fosforilación/moleculas efectoras/mensajeros secundarios. proliferación celular*, transporte de vesículas y secreción, establecimiento de la polaridad Familias en mamíferos RAS*, RHO, RAB, RAN y ARF
PEQUEÑAS PROTEÍNAS DE UNIÓN A GTP En plantas, Ortólogos de Rho y Rab son conocidas en Arabidopsis, maíz y tomate. Subfamilia Rop GTPasas (Rho) única en plantas, muchos genes: Localizado en PM, reg. perinuclear y citosol No ortólogo de RAS Si se detectan muchas Proteínas G pequeñas, Vías de señalización: crecimiento del tubo polínico, defensa, síntesis de la pared celular en algodón, desarrollo vacuolar y en señalización por el receptor kinasa CLAVATA (CLV1,2,3). Mutantes de Rop: respuestas pleiotrópicas (involucrado muchos procesos) - CLVs regulan a WUCHSEL (tamaño de los meristemos) CLAVATA (RLK) Rop GTPasa (peg. Prot. G) WUCHSEL (cascada o regulación) tamaño de meristemos (fenotipo).
Regulación del tamaño del meristema
8. CASCADA POR PROTEÍNAS KINASAS ACTIVADAS POR MITOGENOS (MAPK) Solo en eucariotes Células quiescentes de mamíferos son activadas para dividirse por agentes inductores de la mitosis (mitógenos) a través de una proteína kinasa conocida como MAPK (mitogen-activated protein kinase) que aumenta en células en Go activadas. MAPK activa FT que se unen a DNA MAPK fosforilada en 2 residuos, así se controla su actividad Fosforilación (activación): MAPK MAPKK MAPKKK P (Kinasas específicas) Una solo célula eucariótica puede tener docenas de cascadas MAPK para funciones diferentes. http://www.youtube.com/watch?v=r7goz9vfc Y8
En Plantas, MAPK n s presentes en plantas, poca a muchas similitud Son activadas por auxinas (división celular), heridas (WIPK, en minutos no requiere protein synthesis), ácido salicílico (SIPK) y también por estrés abiótico (frio, calor, salinidad): específicas para cada estímulo Esta señalización MAPK aparentemente proviene de los los receptores histidina kinasa No ha sido posible unir las cascadas de MAPK a proteínas G específicas y kinasas Ser/Thr.
9. Ros signaling (reactive oxygen species) Trends in Plant Science June 2011, Vol. 16, No. 6
Ca regula fenómenos de crecimiento y desarrollo en las plantas. Ca: Señalización de hormonas. Crecimiento del tubo polínico. Tigmotropismo. Mov. Estomáticos.
Niveles intracelulares de Ca. En citosol calcio se encuentra Ca +2. En vacuola fijado como cristales de Oxalato de Ca o fijado a las paredes celulares. Ca Cn`s provoca necrosis y muerte celular. Control de Cn de Ca en el citisol es importante.
Cuadro 1. Dinámica de la concentración del Calcio, según el estado de la célula. Estado de la célula Estado de Cn de Ca Cantidad de Cn de Ca Inactiva aprox. 10-100 nm Activa 1-5 μm
Lugares de almacenamiento Vacuola almacena la mayor cantidad de Ca. Retículo endoplásmatico (RE). Plastidios y mitocontria almacenan Ca con límite. Tomado de: http://www.biologia.edu.ar/plantas/ cell_vegetal.htm Ca extracelular, la mayor parte se almacena en pared celular.
Canales y bombas de Ca. Cn Ca +2 en citosol regulado por: - Canales. - Bombas. Canales son de origen proteínico.
Cuadro 2. Características de los canales de Ca en las células Tipo de Canal Canales activados por voltaje Canales activados por una estimulación externa Canales activados por un ligando Ligandos activadores --- --- - Inositol trifosfato (IP 3 ). - adenosina cíclica 5 difosforibosa (cadpr). Proceso que interviene. - Entrada de Ca desde fuentes externas. - Entrada de Ca desde fuentes internas. - Entrada de Ca desde fuentes externas. - Entrada de Ca desde fuentes internas.
Remoción de Ca de citosol hacia organelas Contra gradiente Uso de bombas ATPasas o de H +
Figura 1. Esquema de los canales y bombas de Calcio presentes en una célula vegetal (Srivastava 2002).
Elementos de la señalización del Calcio Figura 2. Esquema hipotético de la dinámica de la señalización del calcio dentro de una célula (Srivastava 2002) La señalización del Ca: se da a través de una liberación transitoria de Ca 2+ (señal primaria), luego conduce a una serie de oscilaciones lo que conlleva a un gradiente de Ca. Frecuencia de oscilaciones: especificidad de la señal
Señalización del Ca en plantas Respuestas de plantas mediadas por hormonas. Estrés biótico y abiótico. Factores ambientales (Viento, luz, etc). Inductores de aumento Niveles de Ca 2+ cyt.
En las células guarda, ABA induce un incremento en la cn de Ca 2+ cyt lo que conduce a la pérdida de Turgencia y al cierre del poro estomático. Tomado de: http://www.botanica.cnba.uba.ar/pakete /6to/membr-casos/Fisiol-estomas.html
Plantas expuestas a niveles de ozono, dispara una respuesta de estrés y la expresión del gen Glutationa S- transferasa (GST), el cual está relacionado con un incremento en Ca 2+ cyt. Plantas sensibles a estímulos mecánicos y elicitores fúngicos se correlacionan con un incremento del Ca. http://www.youtube.com/watch?v=8_ysrpcydmy
Algunos videos de interés Plant Signal Transduction https://www.youtube.com/watch?v=jjumypjvvk Y De-etiolación Trimeric G-prot http://www.youtube.com/watch?v=3i2bsmm06 IA http://www.youtube.com/watch?v=d-usads_-lu ST amplificación Activación de Proteína G Traducción Factores de transcripción http://www.youtube.com/watch?v=ph_ibphk0 y0 http://www.youtube.com/watch?v=xt0maq47 26s https://www.youtube.com/watch?v=z- 32M043rfI https://www.youtube.com/watch?v=mkugkdlp2ie
Videos De ADN a proteína https://www.youtube.com/watch?v=gg7ucskuora https://www.youtube.com/watch?v=m568qp1k3sm The MAP-Kinase (MAPK) signalling pathway https://www.youtube.com/watch?v=r7goz9vfcy8