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El comportamiento celular es regulado por numerosas y variadas señales extracelulares.
Las señales se unen específicamente a receptores e inician una respuesta en la célula blanco.
Cada tipo celular expresa una combinación de receptores particular que lo caracteriza y que determina la
naturaleza y el rango de señales extracelulares que puede detectar o sensar.
Los receptores convierten las señales extracelulares en señales intracelulares (transducción de la señal).
Las señales intracelulares se propagan a través del citoplasma y eventualmente el núcleo.
Las señales exhiben rangos de duración y distribución espacial diferentes y característicos.
La propagación requiere de cambios de estado en las moléculas señal.
Los cambios de estado de las moléculas señal se acoplan en tiempo y espacio, organizando vías de
señalización que a su vez se interconectan formando redes.
Las moléculas señal predominante son proteínas que poseen una estructura y función modular.
Proteínas adaptadoras y “scaffolds” utilizan múltiples dominios de interacción para ensamblar
complejos de señalización y anclarse a un compartimiento subcelular.
Ciertas proteínas actúan como interruptores o “switches” moleculares y controlan la activación de múltiples
vías o subredes. Representan centros de conexión/distribución o “hubs” en el interactoma.
Los complejos de señalización facilitan la compartimentalización y la especificidad de los eventos.
Redes de señalización regulan los diferentes sistemas moleculares funcionales de la célula,
por ej. el secretor, el citoesqueleto, el transcripcional, etc.
survival
proliferation
apoptosis
Hanahan & Weinberg, Cell 2000
Múltiples estímulos (señales) regulan el comportamiento celular
La transferencia de información entre componentes involucra cambios de estado
cambio de estado controlado
(positiva o negativamente)
por múltiples modificaciones
cambio de estado controlado por
un par de enzimas antagónicas
que modifican al substrato
El cambio de estado es inducido
por un evento (“input”) y produce
una respuesta (“output”).
Existen varias posibilidades de cambios de estado
Las proteínas pueden modificarse post-traducción por la adición covalente de diversos grupos funcionales
Las modificaciones post-traducción pueden alterar la estructura, interacción, localización y estabilidad de las proteínas
(a) Serina y fosfoserina; (b) lisina
y N-acetil lisina se muestran en
formato de varillas con la
superficie molecular superpuesta.
Tanto el fosfato como el grupo
acetilo incrementan el tamaño de
la cadena lateral. El potencilal
electrostático de la superficie es
indicado en rojo (negativo) y en
azul (positivo). La fosforilación
introduce una fuerte carga
negativa mientras que la
acetilación disminuye la carga
positiva de los respectivos
residuos no modificados.
OH
PO3=
Frecuentemente múltiples cambios de estado están acoplados
tirosina quinasa Src
Los sistemas de procesamiento de información operan de manera análoga a diferentes escalas
(redes)
bacterias
- sensado de nutrientes (plasticidad metabólica, ej. operon lac)
- quimiotaxis (movilidad direccionada, ej. sistema Che)
- “quorum sensing” (respuesta a la densidad poblacional, ej AHLs)
eucariotas unicelulares (levaduras, Dictyostelium)
- sensado de feromonas (apareamiento o “mating”)
- quimiotaxis (migración direccionada)
eucariotas pluricelulares
- gran complejidad de señales (hormonas, citoquinas, adhesión,
factores de crecimiento, etc)
Bacterias flageladas responden a gradientes de moléculas atractoras o repelentes
adoptando diferentes patrones de migración: direccionado (A) y al azar (B).
Señales reguladoras de migración en bacterias (quimiotaxis)
A: movimiento direccionado
(rotación de flagelos en
sentido anti-horario)
B: movimiento no direcionado
(rotación de flagelos
en sentido horario)
Alberts et al, BMC 2002
Receptores quimiotácticos (sensores)
detectan moléculas tóxicas que actúan
como repelentes. El receptor activa una
histidin-quinasa CheA (auto-fosforilación)
y la transferencia del fosfato a CheY
(regulador). CheY fosforilado interacciona
con el motor del flagelo induciendo su
rotación en sentido horario. La fosfatasa
CheZ defosforila CheY y termina la
señalización. Otros mecanismos
regulatorios (no mostrados) producen
adaptación.
motor del
flagelo
sentido
horario
adaptador
histidin-kinasa
regulador
fosfatasa
Señales de confinamiento o densidad poblacional “quorum sensing” (QS)
Bacterias Gram- sintetizan y secretan moléculas que actúan como autoinductores, un ejemplo son las moléculas de acil
homoserina lactonas (AHLs) sintetizadas por la enzima AHL sintasa (LuxI). En condiciones de confinamiento o alta densidad
bacteriana, la concentración de AHLs supera un umbral requerido para unirse a una proteína que actúa como receptora
(LuxR), que se une al ADN y regula la expresión de numerosos genes blanco que responden al “quorum sensing”.
Sistema LuxI/R de Vibrio fischeri
Li & Nair, Protein Sci 2012
S-Adenosyl Metionina (SAM)
+ acyl Acyl Carrier Protein (ACP)AHL
Genes regulados por QS están
relacionados con virulencia,
producción de antibióticos, etc.
Señales inductoras de migración direccional en Dictyostelium (quimiotaxis)
En ausencia de nutrientes las amebas de Dictyostelium (musgo) secretan cAMP de modo intermitente. El cAMP
estimula receptores acoplados a proteínas G en la superficie de células vecinas y promueve una respuesta
migratoria quimiotáctica que facilita la agregación de células y el subsecuente desarrollo de un cuerpo fructífero.
cAMP
patrones espiralados de migración
hopf.chem.brandeis.edu/.../spiral/index.html
ameba
cuerpo
fructífero
receptor acoplado
a proteínas G
regulación del
citoesqueleto,
migración,
transcripción
Señales reguladoras de crecimiento direccional (quimiotropismo) en levaduras
no estimuladas estimuladas
(polarización)
Células haploides de levadura secretan un factor de apareamiento
específico (feromona) a o a que estimula receptores acoplados a
proteínas G en células que secretan el factor alternativo. El receptor
activo regula la expresión de ~ 200 genes y también cambios en el
citoesqueleto que promueven el crecimiento direccional.
Alberts et al, BMC 2002; Lodish et al, MCB 2004
(WASP)Ste20
Ste11
Ste7
Fus3
Pak
MAPKKK
MAPKK
MAPK
cell division arrest
Ste
5
cytoskeletal rearrangement,
polarized growth
Ste24
pheromone
Ste: “sterile” mutants
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.
liberación de una pequeña
cantidad de formil-Met-Leu-Phe
(fMLP) con una micropipeta.
respuesta:
polarización
respuesta:
migración
hacia la fuente
de péptido
Alberts et al, BMC 2002
Señales inductoras de motilidad direccional en neutrófilos (quimiotaxis)
video disponible a:
http://www.biochemweb.org/fenteany/research/cell_migration/movement_movies.html
sensado de
Información
espacial
formil-péptidos se unen a receptores FPR acoplados
a proteínas G presentes en monocitos y neutrófilos.
respuesta biológica: polarización y motilidad,
producción de ROS, secreción de proteasas
lamela
Plantas. TropismoRespuesta al sombreado
Los fitocromos alternan entre
2 estados regulados por luz
roja (660 nm) y roja lejana (~730 nm)
La respuesta al sombreado
es controlada por moléculas
fotoreceptoras, ej. fitocromos.
Las plantas de la derecha son sujetas al sombreado (baja relación rojo/rojo lejano).
Responden elongando sus tallos y los pecíolos, y variando la posición de las hojas.
luz normal luz normal
luz normalluz normal
luz roja lejana (FR)
Las disminución de la relación R/FR
promueve la forma Pr y se induce la
respuesta de las plantas al sombreado.
Esto involucra la expresión de diversos
genes nucleares regulados por factores
de transcripción (Phytochrome-Interacting
Factors, PIFs).
Pr, inactivo Pfr, activo
luz roja (R)
↓PIFs↑PIFs
Una señalización compleja guía el crecimiento axonal en el desarrollo
Thanos & Mey, BBRC 2001
Factores tróficos estimulan la supervivencia neuronal y la elongación axonal; moléculas de adhesión
y de direccionamiento (repelentes y atractoras) controlan el tropismo de los axones hacia su blanco.
1) Fibroblastos secretan factores (ej. HGF/SF)
que estimulan receptores c-Met en las células
tumorales y promueven la migración.
2) Células tumorales secretan factores (VEGF y
bFGF), que estimulan a receptores en las
células endoteliales e inducen angiogénesis.
3) Fibroblastos y células endoteliales
secretan enzimas latentes como MMPs y uPA,
que son activadas en contacto con el
invadopodio de la célula tumoral, y degradan
la ECM y los ectodominios de las caderinas,
promoviendo la invasión celular.
4) La degradación de la ECM libera factores
como el TGFb y el EGF que promueven
angiogénesis y proliferación de la célula tumoral.
5) La degradación de la ECM expone sitios
RGD que estimulan integrinas celulares
promoviendo la migración.
6) La activación de vías de señalización en la
célula tumoral estimulan proliferación (ras, b-
catenina), motilidad (FAK, MLCK) y supervivencia
(PI3K/Akt).
Múltiple señalización en el microambiente de una célula tumoral
Liotta & Kohn, Nature 2001
3
3
2
1
4
3
5
6
Mecanismos involucrados en la señalización intercelular/intracelular
Síntesis de señales (proteínas, péptidos, esteroides, etc)
Propagación (rango de acción espacio-temporal)
Detección receptores de la célula blanco
Respuesta (a nivel celular, molecular)
Eliminación de la señal y terminación de la respuesta
Uniones en hendidura: permiten
el pasaje rápido de pequeñas
moléculas señal entre células
adyacentes. Ej: Ca++ y cAMP
señalización endócrina
- lenta (difusión, transporte vascular)
- hormonas en baja concentración
- receptores de álta afinidad
En los organismos pluricelulares las señales extracelulares se propagan en diferentes rangos temporales
Alberts et al, BMC 2002
señalización sináptica,
parácrina, autócrina
- rápida
- neurotransmisores en álta
concentración
- receptores de baja afinidad
minutos, horas milisegundos, segundos
Las señales rápidas y de acción local
tienen en general una vida media
funcional corta, a causa de diferentes
mecanismos: inestabilidad,
degradación enzimática, captación,
inmobilización/enmascaramiento,
modificación, etc.
Las señales extracelulares actúan en diferentes rangos espaciales
AUTOCRINE
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 por interleuquina-2.
Alberts et al, BMC 2002
Ej. Células presentadoras de
antígenos y linfocitos T .
Ej. Factores de
crecimiento (FGF), citoquinas, NO.
Ej. Insulina sintetizada por células
b del páncreas.
La dinámica de la señalización codifica informacióny genera respuestas biológicas específicas
Purvis & Lahav, Cell 2013
EGF NGF
LPSTNFa
-irradiation UV-irradiation
activity
activity
levels
La rapidez de la señalización depende de la dinámica y organización de las vías/redes
Las escalas temporales de las respuestas dependen de
la complejidad de las vías intracelulares involucradas.
Alberts et al, BMC 2008
La duración o persistencia de una señal depende de su tasa de recambio o “turnover” en la célula
100 molec/seg 1000 10 1000 + 100 - 1000 = 100
señal ↑producción/↓degradación cción total (molec/cel) duración (seg) cambio 1 seg posterior
10 molec/seg 1000 100 1000 + 10 - 100 = 910
x10 ↑
1000 + 100 – 10 = 1090
1000 + 1000 – 100 = 1900
x10 ↑
x10 ↓
x10 ↓
tasa de magnitud del
El tiempo de recambio o “turnover” de las
señales puede influir sobre la rapidez,
magnitud y persistencia de la respuesta.
tiempo de recambio
La combinación de señales extracelulares usualmente determina la respuesta celular
Alberts et al, BMC 2002
Cada tipo celular expresa una
combinación de receptores específica,
que determina el rango de señales
capaces de inducir una respuesta.
Los sistemas de señalización celulares muestran un comportamiento análogo a compuertas lógicas (“logic gates”)
Las compuertas lógicas especifican una respuesta (“output”) binaria dependiendo de la combinación de 2 estímulos (“inputs”).
Ejemplo: Promotores pueden integrar señales de múltiples vías/redes de señalización
En linfocitos T activados por células presentadoras de antígenos, una respuesta importante de la señalización
de TCRs (“T-Cell Receptors”) es la activación del promotor de la citoquina IL-2 y la subsecuente expresión de
IL-2. IL-2 promueve supervivencia y proliferación de los linfocitos T activos. El promotor de IL-2 actúa como una
compuerta “AND” integrando señalización de 2 vías distintas que activan factores de transcripción diferentes.
NFAT: Nuclear Factor of Activated T cells
AP-1: Activator Protein-1
Diferentes señales extracelulares pueden converger en la activación de vías de señalización intracelulares comunes
(= Adrenalina, secretada por la gl. adrenal)(secretada por el páncreas)
(secretada por la hipófisis)
“mensajero secundario”
“mensajero primario”
Los receptores para cada hormona son
diferentes pero actúan a través de mecanismos
de señalización intrcelular similares:
ej. activando proteínas G Adenilato cliclasa.
Una señal puede desencadenar respuestas diferentes dependiendo de los receptores estimulados y la maquinaria molecular asociada
Alberts et al, BMC 2002
contracción
célula muscular lisa
Gq-Ca2+
acetilcolina, molécula señal
síntesis: choline
acetyltransferase
degradación:
acetylcholine esterase
relajaciónreceptores
muscarínicos,(GPCRs)
Gβ - ↑K+out
célula muscular
cardíaca
secreción
Gq-Ca2+
célula de glándula salival
acetilcolina
acetilcolina
contracción
receptores
nicotínicos(ion channels)
↑Na+ in
Na+ acetilcolina
célula muscular
esquelética
↑Ca2+
El número y afinidad de los receptores celulares pueden cuantificarse
En las células, los receptores poseen una capacidad de unir al ligando saturable (A); la unión del ligando a sitios
inespecíficos no es saturable dentro del mismo rango de concentración (C). La unión específica (B) resulta de restar la unión
inespecífica a la unión total (A) – (C). De la curva B se puede determinar el número de receptores por célula y su afinidad o
fuerza de unión por el ligando (Kd). El valor de Kd equivale a la concentración de ligando que satura el 50% de los receptores en
el equilibrio. El valor de Kd refleja la afinidad de un receptor por el ligando. A menor valor de Kd mayor afinidad.
Kd =[L-R]
[L] x [R]
Los receptores son proteínas que se unen específicamente a la
molécula señal (= ligando) e inician una respuesta en la célula blanco.
constante de
disociación en
el equilibrio:
Lodish et al 5Ed
La respuesta celular máxima puede alcanzarse a concentraciones no saturantes de ligando
Lodish et al 5Ed
La especificidad es una propiedad
relativa y dependiente del contexto.
Interacción péptido-dominio proteico
Superficies complementarias de interacción
La afinidad es una propiedad absoluta y depende
de la fuerza de unión entre las moléculas.
La respuesta a incrementos de una señal puede ser gradual o abrupta
Las respuestas biológicas
ultra-sensibles ignoran o
filtran estímulos por debajo
de un valor umbral ( ).
hyperbolic
curvesigmoidal
curve
Diversos mecanismos
producen una respuesta
ultrasensible. Un ejemplo
es el requerimiento de la
unión cooperativa de
múltiples moléculas de
ligando para provocar a
respuesta.
Control de la respuesta: Sistemas biestables
inactivo
Retroalimentación positiva (transición G1/S)
activo
fosforilación
+ +duplicación
del ADN
estimulación
Los sistemas biestables alternan entre
dos estados estables (on/off); generan
una respuesta sostenida (memoria)
ante estímulos o señales transitorias.
Retroalimentación positiva. CAM kinase II
off
onsistema biestable
Control de la respuesta: Adaptación y comportamientos oscilatorios
phosphorylation
activates the
phosphatase
respuesta
oscilatoria
respuesta de
atenuación
El feedback negativo atenúa la
magnitud de la respuesta
(adaptación) y en ciertas
condiciones genera respuestas
oscilatorias.
Mecanismos de desensibilización o adaptación
Las células tienen la capacidad de adaptarse o desensibilizarse (disminución de la respuesta) ante la
exposición prolongada a un estímulo. Diversos mecanismos pueden participar en la respuesta adaptativa.
Mol Biol Cell 2008
La agregación de receptores es un mecanismo que controla la sensibilidad, el tipo y la magnitud de la respuesta
La oligomerización de los receptores de Fc y TCR inducida por la unión al ligando induce la partición de los
receptores 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) y amplifican la señal.
Secuencia que muestra la formación de una sinapsis inmunológica.
péptido-MHC (verde) y la molécula de adhesión ICAM (rojo).
Grakoui et al Science 1999
mast cell
La agregación de receptores restringe su
difusión en la membrana y facilita la
activación simultanea de múltiples
moléculas de señalización intracelulares.
Simons & Toomre, NRMCB2000
macrophage or
dendritic cell
T cell
La agregación de integrinas refuerza la adhesión y la señalización
ligando multivalentes, fuerzas
señalización
kinasa inactiva
kinasa activa
Fibras de actina (rojo) ancladas a las
adhesiones focales (verde, flechas).
Acumulación de fosfotirosina
en adhesiones (flechas).
umbralumbral
Ta
ma
ño
de
ad
he
sió
n
Activa
ció
n d
e Y
AP
Adaptado de Elosegui-Artola et al Nature Cell Biol 2016
YAP es una proteína reguladora de la transcripción
cuya actividad depende de mecanotransducción.
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 contribuye a la agregación
de los receptores de acetilcolina (puntos rojos) en las fibras musculares.
Terminales axonales de motoneuronas y
agregación de receptores de acetilcolina (flechas)
en las placas neuromusculares.
Los receptores pueden localizarse en la superficie o en el interior celular
Alberts et al, BMC 2008
Ejemplos: receptores de hormonas esteroideas,
tiroideas, retinoides, vitamina D, óxido nítrico
(NO), fitocromos, etc.
Ejemplos: receptores de adhesión (integrinas, caderinas, etc),
de factores de crecimiento (EGFR, PDGFR, etc),
hormonas (insulina, glucagón, etc), citoquinas (interferon,
interleuquinas, etc)
Los receptores de hormonas esteroideas son intracelulares
Los receptores poseen una estructura modular y en ausencia de ligando interaccionan con proteínas
inhibidoras. La unión de la hormona al receptor desplaza las proteínas inhibidoras y el receptor en
combinación con proteínas co-activadoras regulan la transcripción de numerosos genes blanco.
Lodish et al MCB 2004
AD: activation domain
DBD: DNA Binding Domain
LBD: Ligand Binding Domain
cortisol
Sintetizado a partir
de colesterol, es una
molécula hidrofóbica
que difunde a través de
la membrana plasmática.
Hormonas esteroideas (cortisol, retinoides, vitamina D, hormonas sexuales)
Los receptores de glucocorticoides (GR), mineralocorticoides (MR), progesterona
(PR) y andrógenos (AR) comparten una estructura de dominios similar.
El receptor del óxido nítrico es una enzima intracelular
El NO es sintetizado a partir de arginina. El NO es una molécula
pequeña que difunde a través de la membrana plasmática.
↑cGMP PKG ↓Ca++
↓Ca++
Alberts et al, BMC 2008
↓MLCPLC
señalización parácrina
El receptor de NO es
una guanilato ciclasa
soluble.
L-Arginine
NOS NOS
Los receptores de superficie difieren en estructura y en los mecanismos de transducción de la señal intracelular
cambio en el potencial
de la membrana
integrinas EGFR
Src/FAK
Rho/Rac/Cdc42
GTPasas
citoesqueleto
de actina
Grb2
Ras
Erk
ciclinas D, c-myc
Las células integran señalización de múltiples receptores de superficie
La complejidad de los procesos regulatorios depende de la organización y dinámica de los componentes involucrados.
Vía de
señalización
(varios pasos)respuesta
rápida
(seg, min)
respuesta
lenta
(horas, días)
respuesta
rápida
(seg, min)
IR
PI3K
AktGlut4
exocitosis
Glut4
(min)
20min
+
pax/p130Cas
Glucosa
redistribución de Glut4
rab
Las señales intracelulares se propagan empleando diferentes mecanismos
Alberts et al., MBC 2008; Lodish et al MCB 2004
- modificaciones covalentes
- cambios conformacionales
- interacciones moleculares
- cambios de localización
La fosforilación de fosfoinosítidos induce la
formación de complejos de señalización.
propagación
de la señal
inactive enzymes
PLCras
ras
ligand
bound
active
kinase
La fosforilación de
receptores induce la
formación de complejos
de señalización.
propagación
de la señal
Cambios alostéricos/interacciones
Modificaciones covalentes
RafRas
Lodish et al MCB 2004
Los mecanismos moleculares involucrados en la transmisión de señales no son mutuamente excluyentes,
por ej. las modificaciones covalentes y las interacciones moleculares inducen cambios conformacionales.
Cambio alostérico: cambio estructural inducido
por la interacción con otra molécula.
milisegundos
Las señales intracelulares se propagan empleando diferentes mecanismos
Interruptores moleculares actúan como compuertas (“gates”)en las vías de señalización
Los interruptores moleculares alternan entre dos estados o conformaciones: activo, en
el cual transmiten la señal a efectores, e inactivo, en el cual no transmiten la señal.
interruptores moleculares
Alberts et al, BMC 2002
(GEFs) (GAPs)
Lodish et al MCB 2004
Cambios conformacionales de las GTPasas. Ejemplo: Ras
Las GTPasas presentan partes móviles o “switches” que interaccionan con GDP o GTP. (a) En la forma
inactiva de la GTPasa Ras, el GDP interacciona solo con el switch I. (b) Los GEFs aceleran la disociación
del GDP. Por ej. una alfa hélice (naranja) del GEF Sos desplaza el switch I y facilita la liberación del GDP.
(c) El GTP interacciona simultaneamente con los switches I y II y estabiliza la conformación activa de Ras.
GDP
Las actividades de las GTPasas pueden visualizarse por FRET
max
min
FRET
GTPasa Rho
excitación
emisión
emisión
del aceptor
excitación
del donor
Rho RBD
GTPasa inactiva (GDP)
Rho RBD
La interacción entre Rho-GTP y
el dominio de unión a Rho (RBD)
acercan al donor y aceptor
permitiendo detectar FRET.
GDP
GTP
Las GTPasas de la familia de
Rho se anclan y activan en la
membrana plasmática. Los
sensores de FRET
monitorean la actividad
relativa de GEFs y GAPs.
Los efectores son proteínas que
solo interaccionan con la forma
activa de la GTPasa. La
interacción modula su actividad.
La transmisión de las señales depende de diversas proteínas modulares
Alberts et al, BMC 2008
Módulo o dominio representa una secuencia polipeptídica que se pliega independientemente en una
unidad funcional, típicamente de 35-250 aminoácidos. Uno o varios dominios pueden estar presentes
en las proteínas; aquellas involucradas en señalización usualmente contienen varios dominios.
Proteínas modulares con dominios de reconocimiento
Pawson & Nash, TICB 2001
Pawson & Scott, Science 1997
SH2 y PTB reconocen péptidos
conteniendo fosfotirosina.
Secuencias adyacentes
determinan la especificidad.
Los dominios de interacción reconocen secuencias
peptídicas cortas, y en ciertos casos, con modificaciones
pos-traducción. hy: indica residuos hidrofóbicos
Los dominios SH2 y PTB se unen específicamente a secuencias cortas que contienen fosfotirosina
La secuencia óptima de reconocimiento
del dominio SH2 de Src es pYEEI
La interación intramolecular del SH2
inhibe la enzima.
Receptores activos fosforilados en tirosina reclutan
proteínas de señalización conteniendo dominios SH2
Existen ~ 115 dominios SH2
(~ 100 aa) en el proteoma humano.
kinasa
inactiva
kinasa
activa
SH2
Kraskouskaya et al, 2013
Pawson & Nash, Genes Dev 2000
pYEEI
pYIIPLPD
pYVNV
La afinidad del dominio SH2 está determinada por la pTyr y la especificidadpor la secuencia contexto
Superficies de los dominios SH2 de PLC, Src y Grb2
(mostradas en azul) interaccionan con péptidos
fosforilados (en amarillo). La fosfotirosina se localiza a
la derecha (flecha) e interacciona con residuos básicos
del SH2. Note que los SH2 de PLC, Src y Grb2 difieren
en la especificidad de los fosfopéptidos que unen.
El reemplazo de 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 haciéndose similar al SH2 de Grb2.
Thr
Trp
Tyr
Cys
PLC: Fosfolipasa C
Src: quinasa de tirosina
Grb2: proteína adaptadora
fosfopéptido
fosfopéptido
fosfopéptido
Los dominios SH3 reconocen secuencias cortas ricas en prolinas
Aproximadamente 600 dominios SH3 (~ 60 residuos de longitud) existen en el proteoma humano.
El péptido ligando del tipo (PxxPxR/K) adopta una conformación de a-hélice triangular.
Otros dominios, denominados WW
(~ 40 aa) y EVH (~110 aa) también
reconocen motivos ricos en prolina
en secuencias específicas
diferentes a las de los SH3.
Li Biochem J. 2005
E
Modelo que ilustra la interacción del péptido
PPALPPK del GEF C3G (en azul) y el SH3
de la proteína adaptadora Crk. Dos surcos
formados por residuos aromáticos en el SH3
(bordó/violeta) acomodan un dipéptido XP.
Un bolsillo adyacente determina la
especificidad, acomodando la lisina/arginina
y residuos vecinos.
Los dominios PDZ reconocen péptidos del terminal carboxilo en numerosos receptores
Lodish et al MCB2004
Los dominios PDZ (~90 aminoácidos) se encuentran en más de 600 proteínas. Reconocen secuencias
cortas (~ 3-5 aa) del terminal carboxilo y que terminan en un residuo hidrofóbico. Algunos dominios
PDZ reconocen la secuencia Ser/Thr-X-F, donde F es el residuo hidrofóbico del terminal carboxilo.
PDZ: acrónimo de las primeras letras de las proteínas PSD-95, DlgA y ZO-1, donde se descubrió el dominio PDZ.
Superficie del dominio PDZ de la
proteína“scaffold” PSD-95 y el péptido
KQTSV (representado con varillas). Las
regiones de la superficie que contactan
con el péptido se muestran en colores.
P0 corresponde a la posición del residuo
crítico del terminal carboxilo.
Los dominios PH interaccionan con fosfoinosítidos fosforilados
Visualización de la relocalización de la GFP fusionada al dominio PH de la kinasa Akt.
La estimulación con insulina activa la enzima PI3K y aumenta el nivel de PIP3,4,5 en
la membrana, produciendo la relocalización de la GFP-PH a la superficie (flecha).
Este efecto es bloqueado por Wortmanina, un inhibidor de PI3K.
Los dominios PH (~120 aa) se encuentran en ~ 300 proteínas en humanos. Los dominios PH reconocen
específicamente fosfoinosítidos fosforilados (PIPs) en la membrana plasmática y en otros compartimientos.
Algunos PH reconocen selectivamente PIP3,4 y PIP3,4,5, que son productos de la enzima PI3K. Las
proteínas con estos dominios PH selectivos cambian de localización en respuesta a un estímulo específico.
A B
PH: Plectrin Homology
Britton et al Dev Cell 2002
capa de
fosfatos
capa de
cadenas
hidrocarbonadas
capa de
grupos polares
PIP
PH
Las proteínas adaptadoras poseen varios módulos de interacción y contribuyen a ensamblar complejos de señalización específicos
Grb2 es una proteína adaptadora que acopla el
EGFR activo con el GEF de ras Sos y la vía de
señalización que activa la MAPK. Grb2
posee un dominio SH2 y dos dominios SH3.
ras
GDP
GTP
GDP
ras
activación
de MAPK
Signaling
enzymes
vía 1
vía 2
Proteínas adaptadoras y “scaffold” suelen usarse como
sinónimos, ambas carecen de actividad enzimática y poseen
una estructura modular con múltiples dominios de interacción.
Algunos autores reservan el término “scaffold” para proteínas
que actúan como plataformas de interacción estables, y que
facilitan la señalización en una región subcelular relativamente
definida. Por ej. PSD95 en la sinapsis neuronal.
Esquema de funcionamiento de una proteína adaptadora
Proteínas “scaffold” compartamentalizan la señalización
Good et al., Science 2011
Las proteínas de señalización se ensamblan en complejos específicos facilitados por su compartimentalización
en organelas, colocalización en membranas, citoesqueleto, etc. Los “scaffold” organizan los complejos de
señalización en el espacio y aseguran la propagación eficiente de las señales intracelulares.
AKAPs son “scaffolds” que organizan la señalización dependiente de PKAen compartimientos específicos
AKAP79 facilita la transmisión sináptica en el hipocampo
y asocia las enzimas PKA y PKC con los receptores de
glutamato y adrenalina en la membrana plasmática.
cAMP
cAMP
(AMPAR)
adrenalina
Regulación del calcio en el cardiomiocito
AKAPS: A-Kinase Anchoring Proteins
membrana plasmática
PKA
Múltiples AKAPs facilitan la señalización
dependiente de PKA en cardiomiocitos. La PKA
regula diversos canales de calcio en la membrana
plasmática y en el retículo sarcoplásmico.
“Scaffolds” secuestran proteínas de señalización. Ej. b-catenina
Las proteínas scaffold Axina y APC secuestran a b-catenina en un complejo. Las quinasas GSK-3b y CK1 fosforilan
a β-catenina en el complejo marcándola para su ubiquitinación por UbL y degradación en el proteosoma. El factor
extracelular Wnt estimula una vía de señalización que inhibe a las proteínas scaffold, permitiendo la acumulación de
b-catenina y su translocación al núcleo donde se asocia a factores de transcripción y regula la expresión génica.
Mol Biol Cell, 2008
UbL: Ubiquitina Ligasas
“Scaffolds” promueven una eficiente transmisión sináptica
SV, vesículas sinápticas; VGCC, canales de calcio activados por voltaje;
NMDAR, AMPAR, mGluR, son receptores de neurotransmisores en la postsinapsis.
La proteína scaffold PSD-95 emplea varios dominios de interacción (PDZ, SH3, GK) para anclar
y acumular receptores de neurotransmisores en los complejos post-sinápticos.
Li & Sheng, NRMCB 2003
pre-sinapsis
post-sinapsis
(espina sináptica)
SV
VGCC
anti-PSD95 y actina
Neuronas en cultivo
dendrita con spinas sinápticas
En levaduras las proteínas scaffold Ste5 y Pbs2 ensamblan
vías de señalización que controlan la respuesta al
apareamiento y al estrés hiperosmótico, respectivamente.
“Scaffolds” estabilizan complejos que activan MAPKs específicas
Pawson & Nash Genes Dev 2000
Lodish et al MCB 2000
(MAPK)
En células de mamíferos las proteínas
scaffold JIP y Ksr ensamblan complejos
que activan a las MAP kinasas JNK y Erk,
respectivamente.
fosforilación de c-jun
y activación de la
respuesta al estrés.
activación por estrés (ej. ER),
citoquinas (TNF), etc.
(MAPK)
(MAPK)
MAPKKK
programa
transcripcional
que activa el
apareamimento.
programa
transcripcional
de respuesta al
estrés hiperosmótico.
MAPKK
Raf
MEK
Erk
Ksr
(MAPK)
fosforilación de Rsk
y TCF. Activación de
genes asociados a
la proliferación.
activación por factores
de crecimiento (ej. EGF).
RECEPTORES ACOPLADOS A
PROTEÍNAS G Y SUS EFECTORES
Los receptores acoplados a proteínas G constituyen la familia más numerosa de receptores, con
~ 800 genes en el genoma humano. Son activadas por moléculas diversas (péptidos, proteínas,
lípidos, aminoácidos). Comparten una estructura similar y activan una gran variedad de
proteínas G en el genoma humano, con 27 subunidades Ga, 5 Gb y 13 G.
as estimula la adenilato ciclasa
ai inhibe la adenilato ciclasa
aq activa la fosfolipasa Cb
a12/13 regula canales de Na+/K+
proteínas G heterotriméricas
subunidad a
subunidad β
subunidad
Bases estructurales del mecanismo de señalización del receptor
https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/.../2012/advanced-chemistryprize2012
Receptor β-adrenérgico inactivo (izquierda) y activo, unido al ligando (derecha). Cambios en la red de interacciones mantenida
entre hélices de trans-membrana, producidos por la unión del ligando (marrón), se propagan en cambios estructurales de
mayor magnitud en el dominio citoplasmático, exponiendo regiones hidrofóbicas que interaccionan con la proteína G.
intracelular
sitios hidrofóbicos
ligando
Lodish et al MCB2004
La estimulación del receptor activa una proteína G específica que modula la actividad de efectores
Proteínas G diferentes regulan la actividad de diversas proteínas efectorasy la concentración de segundos mensajeros
* A given Ga may be associated with more than one effector protein. To date, only one
major Gsa has been identified, but multiple Gqa and Gia 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 = 1,2-
diacylglycerol.
cAMPAdenylyl cyclase
IP3, DAGPhospholipase CGb
cGMPcGMP
phosphodiesterase
Gt
Ca2+Ca2+ channel
IP3, DAGPhospholipase CGo
IP3, DAGPhospholipase CGq
Ca2+Ca2+ channel
Change in
membrane potential
K+ channel
cAMPAdenylyl cyclaseGi
Change in
membrane potential
Na+ channel
Ca2+Ca2+ channel
cAMPAdenylyl cyclaseGs
2nd MessengerAssociated Effector
Protein
EffectGa Subclass*
* A given Ga may be associated with more than one effector protein. To date, only one
major Gsa has been identified, but multiple Gqa and Gia 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 = 1,2-
diacylglycerol.
cAMPAdenylyl cyclase
IP3, DAGPhospholipase CGb
cGMPcGMP
phosphodiesterase
Gt
Ca2+Ca2+ channel
IP3, DAGPhospholipase CGo
IP3, DAGPhospholipase CGq
Ca2+Ca2+ channel
Change in
membrane potential
K+ channel
cAMPAdenylyl cyclaseGi
Change in
membrane potential
Na+ channel
Ca2+Ca2+ channel
cAMPAdenylyl cyclaseGs
2nd MessengerAssociated Effector
Protein
EffectGa Subclass*
b
b
b
(activación)
(inhibición)
G subclass* Effect Effector 2nd messenger/effect
α subunit
* A given Ga may be associated with more than one effector protein. To date, only one
major Gsa has been identified, but multiple Gqa and Gia 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 = 1,2-
diacylglycerol.
cAMPAdenylyl cyclase
IP3, DAGPhospholipase CGb
cGMPcGMP
phosphodiesterase
Gt
Ca2+Ca2+ channel
IP3, DAGPhospholipase CGo
IP3, DAGPhospholipase CGq
Ca2+Ca2+ channel
Change in
membrane potential
K+ channel
cAMPAdenylyl cyclaseGi
Change in
membrane potential
Na+ channel
Ca2+Ca2+ channel
cAMPAdenylyl cyclaseGs
2nd MessengerAssociated Effector
Protein
EffectGa Subclass*
* A given Ga may be associated with more than one effector protein. To date, only one
major Gsa has been identified, but multiple Gqa and Gia 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 = 1,2-
diacylglycerol.
cAMPAdenylyl cyclase
IP3, DAGPhospholipase CGb
cGMPcGMP
phosphodiesterase
Gt
Ca2+Ca2+ channel
IP3, DAGPhospholipase CGo
IP3, DAGPhospholipase CGq
Ca2+Ca2+ channel
Change in
membrane potential
K+ channel
cAMPAdenylyl cyclaseGi
Change in
membrane potential
Na+ channel
Ca2+Ca2+ channel
cAMPAdenylyl cyclaseGs
2nd MessengerAssociated Effector
Protein
EffectGa Subclass*
K+ channels membrane potencial
Tipos de segundos mensajeros involucrados en señalización por GPCRs
La unión del ligando (primer mensajero) al receptor acoplado a proteínas G (GPCRs) promueve el incremento
(o disminución) en la concentración de moléculas de vida media corta denominados segundos mensajeros.
Ca 2+
activa PKA activa PKG y abre
canales catiónicos
en bastones de la retina
activa PKC abre canales de
calcio en el RE
controla la actividad
de kinasas, fosfatasas
GPCRs: G-Protein Coupled Receptors
La adenilato ciclasa es una proteína de membrana multipaso
La subunidad Gas activa la adenilato ciclasa y estimula la síntesisde cAMP a partir de ATP
síntesis del cAMP
Fosfodiesterasas específicas degradan el AMPc y
por lo tanto controlan el rango espacial y temporal de
la señalización dependiente de AMPc.
La adenil ciclasa interacciona con la alfa hélice
del switch II de la subunidad Gas-GTP.
3
5
La adenil ciclasa puede ser modulada positiva y negativamenteen la misma célula
La actividad relativa de subunidades Ga estimuladoras e inhibidoras
determinan los niveles del segundo mensajero cAMP.
Lodish et al MCB2004
Toxinas bacterianas inhiben irreversiblemente proteínas G que activan la Adenilato Ciclasa (ej. toxina del cólera)
En células intestinales
produce una pérdida de
Na+ and Cl-
Cholera toxin
Gas
Adenilato
cyclase
cAMP
PKA
CFTR
CFTR: Cystic Fibrosis Transmembrane
Conductance Regulator
CFTR es un canal de Cl- que se expresa
en intestino y en otros órganos. La PKA
fosforila el dominio regulador (R) de CFTR
e incrementa la permeabilidad al Cl-.
Algunas respuestas mediadas por la estimulación de la subunidad Gsy el incremento en AMPc
Algunos tipos celulares desencadenan la misma respuesta al incremento de AMPc independientemente
de la naturaleza de la señal extracelular, por ej. la degradación de triglicéridoses en células adiposas es
inducida por cuatro hormonas diferentes.
El segundo mensajero cAMP activa la proteína-quinasa A (PKA)
La actividad de fosfodiesterasas que degradan el AMPc regulan negativamente la activación de PKA.
Alberts et al, BMC 2002
R
R C
C
Las subunidades reguladoras (R) inhiben a las subunidades catalíticas (C) de la enzima. Los dominios R además
interaccionan con proteínas scaffold (AKAPs), que restringen espacialmente la actividad de PKA. La unión del cAMP
(ligando activador) a las subunidades R es cooperativa e induce la disociación y activación de las subunidades catalíticas.
La PKA exhibe una respuesta hipersensible (abrupta).
AKAPs: A-Kinase Anchoring Proteins
cAMP
AMP/ATP
La translocación de las subunidades catalíticas de PKA al núcleo estimulan la transcripción de múltiples genes
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 la
regulación de la expresión de genes blanco
(ej. somatostatina, glucagón, insulina, etc).
CREB es defosforilado por la fosfatasa PP-1.
CRE: c-AMP Response Element
CREB: CRE Binding
CBP: CREB Binding Protein Lodish et al MCB2004
La subunidad C activa es pequeña y se transloca al
núcleo por difusión. En el núcleo fosforila a CREB.
La actividad de PKA finalliza por la unión de un
inhibidor que la exporta al citosol.
Cinética de la activación transcripcional
CREB
dephosphorylation
En el citosol, la PKA regula diferentes procesos bioquímicos(ej. catabolismo del glucógeno en hepatocitos y miocitos)
active
activeglicógeno
sintasa inactive
Lodish et al MCB2004
glucagón
GCPR
AC
cAMP
PKA
El glucagón es una hormona peptídica
secretada por el páncreas que
promueve el incremento de glucosa
sanguínea oponiéndose al efecto de la
insulina.
Los procesos de señalización organizados en cascada pueden amplificarla señal extracelular inicial en varios órdenes de magnitud
Lodish et al MCB2004
(adrenalina)
Respuesta celular del biosensor. La droga (Fsk) activa la vía adenil ciclasa cAMP PKA.
Esta activación es abolida cuando la serina del substrato de PKA se reemplaza por alanina (S475A).
La activación de la PKA puede visualizarse en la célula viva mediante FRET
Zhang et al PNAS 2001
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).
FRET: Fluorescence Resonance Energy Transfer
escala que representa
los valores de FRET
con diferentes colores.
excitación
433 nm emisiónemisión
FRETno FRET
S
Arg/Lys-rich site
emission
476 nm
excitación
433 nm
PKA
La PKA fosforila residuos Ser/Thr dentro de la
secuencia consenso: X-Arg-(Arg/Lys)-X-(Ser/Thr)-F.
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).
La actividad de PKA es restringida espacialmente por proteínas “scaffold” denominadas AKAPs
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
La subunidad Gaq activa la enzima fosfolipasa C, isoforma b, que hidroliza el PIP2 y produce los mensajeros secundarios IP3 y DAG
Marchant & Taylor, CB 1997; Alberts et al, BMC 2008
IP3: Inositol 1,4,5-triphosphate
DAG: diacyl glycerol
La estimulación de los receptores de IP3
exhibe una respuesta ultrasensible.
antagonista
Reacción catalizada por la enzima PLCb y
Alberts et al, BMC 2002
1 4
5
PLC
La fosfolipasa C se asocia a membrana plasmática mediante dominios de unión a lípidos como PH y C2. La isoforma
de la PLC se asocia a receptores tirosina-quinasa de transmembrana activos (ej. EGFR) mediante dominios SH2.
La PLCb/ cataliza la hidrólisis de PIP2 produciendo IP3 y DAG.
El DAG y el calcio son requeridos para activar la PKC
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 inhibidor del sitio catalítico y activa la enzima.
Existen numerosas isoformas de PKC implicadas en la regulación de diversos procesos celulares. La PKC
fosforila e inhibe receptores acoplados a proteínas G, al EGFR, otras isoformas activan la vía de la MAPK, etc.
catalytic site
dominio C2
Ca2+
Mecanismos de retroalimentación positiva y negativa generan patrones espacio-temporales de Ca2+ en el citoplasma
Alberts et al, BMC 2006
La fertilización del ovocito
por el espermatozoide
activa la vía de
PLC->IP3->Ca+2
El incremento de Ca2+ en el citosol induce
la apertura de más canales de Ca+2 en el
ER (retroalimentación positiva).
Superado un umbral de concentración de
Ca2+ en el citosol se induce el cierre de
canales de Ca+2 en el ER
(retroalimentación negativa).
El Ca2+ regula la apertura de
los canales dependientes de
IP3 de manera bifásica,
niveles bajos promueven la
apertura mientras que niveles
altos la inhiben.
El incremento del calcio citosólico inducido por señalización es rápidamente revertido
La concentración basal de Ca2+ en el citosol es ~200 nM debido a la actividad de
proteínas transportadoras de calcio de la membrana plasmática, RE y mitocondrias.
Alberts et al MBC 2008
medio extracelular
citosol citosol
Las variaciones espacio-temporales de la concentración de calcio intracelular pueden visualizarse en células vivas
Biochemistry, Berg, Tymoczko, Stryer,
MBC 2008
La secuencia muestra la propagación de un pico de calcio intracelular en
respuesta a la estimulación de receptores acoplados a proteínas Gaq. Los
máximos niveles de calcio se muestran en anaranjado y los mínimos en azul.
El compuesto fluorescente Fura-2 permite
determinar los niveles de calcio intracelular.
La unión a Ca2+ incrementa la excitación de
la molécula específicamente a 340nm. El
gráfico muestra el incremento de la
fluorescencia de excitación en el rango de
Ca2+ entre 0 y 1,35 mM.
Gradiente de concentración de calcio
(rojo max., azul mín) en dendritas de
una neurona de Purkinje estimulada.
axón
soma
dendritas
espectro de excitación de Fura-2
Vasopresina induce oscilación de Ca2+
en hepatocitos. La frecuencia de picos
es proporcional a la concentración de
hormona.
Calmodulina es una proteína citosólica reguladora activada por calcio
El aumento de Ca2+ >500 nM induce su unión cooperativa a calmodulina, 4 iones Ca2+ se unen por molécula
de calmodulina e inducen la conformación activa que le permite interaccionar y activar diversas enzimas.
calmodulina
Varias enzimas son activadas por complejos calmodulina-calcio. Ej:
- MLCK MLC contracción actino-miosina
- fosforilasa kinasa glucogenólisis
-CaM-KII tyrosine hydroxylase catecolaminas (Adrenalina, DA, etc)
- cAMP fosfodiesterasa 5´- AMP
- Ca2+ -ATPasa disminución del Ca2+ citosólico
- calcineurina NFAT
- NO sintasa NO (nitric oxide)
CaM-KII autofosforilada
activa ya no depende de
Ca2+/calmodulina y fosforila
otras moléculas de CaM-KII
aun después de disociarse
de Ca2+/calmodulina .
(retroalimentación positiva)
autofosforilación
activación de
CaM-KII
Ca2+/calmodulina estimula la NO sintasa y la producción de NO
El óxido nítrico (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 lisa.
Lodish et al MCB2004
La subunidad Gat activa una fosfodiesterasa de cGMP en fotoreceptores
Transducina o Gat participa del mecanismo de transducción de la señal lumínica en bastones y conos de la retina.
Lodish et al MCB
En obscuridad, cGMP abre canales catiónicos
produciendo la depolarización de la membrana
y la generación de una corriente. La activación
de rodopsina induce la degradación del cGMP,
el cierre de los canales catiónicos y la
hiperpolarización de la membrana.
Gat
rodopsin
(opsin + retinal)
Na+
Na+
dark current
hiperpolarización
trans-retinal
cis-retinal
cromóforo
eventos 2 y 4 amplifican la propagación de la señal.
(glutamate)
Las subunidades Gb regulan canales de potasio en el músculo cardíaco
La acetilcolina induce la relajación del músculo cardíaco (A) uniéndose a receptores muscarínicos,
los cuales activan una proteína G. El complejo Gβ se une y regula la apertura de canales de potasio
provocando la hiperpolarización de la membrana plasmática.
Lodish et al MCB2004
A. músculo cardíaco
Relajación
hiperpolarización
hiperpolarización
Diversos mecanismos regulan la sensibilidad de los receptores acoplados a proteínas G
GPCR: G-Protein Coupled Receptors
GRK: GPCR-coupled Receptor Kinases
Los GPCRs pueden desensibilizarse por:
• fosforilación (PKA, PKC, GRK) reversible
• internalización (b-arrestinas) reversible
• degradación en lisosomas irreversible
Las arrestinas se unen a los
receptores fosforilados y
bloquean la asociación y
activación de la proteína G.
Otros mecanismos que terminan la señalización iniciada por las proteínas G son: la hidrólisis del GTP en la proteína G, evento
que es acelerado por los mismos efectores o por proteínas RGS (Regulator of G protein Signaling) que actúan como GAPs.
GRKs son quinasas que se activan al interaccionar
con GPCR activos. Por lo tanto GRKs fosforilan e
inactivan solo a los GPCRs activos. Los receptores
también pueden ser fosforilados por PKA y PKC en
condiciones de estimulación prolongada.
Las Beta arrestinas son proteínas scaffold que facilitan el ensamble de componentes involucrados en la endocitosis y señalización
Las b-arrestinas interaccionan con AP2 y clatrina promoviendo la endocitosis y la disminución del
número de receptores en la superficie. Los receptores internalizados pueden ser defosforilados y
reciclados a la superficie o degradados en los lisosomas. Algunos receptores endocitados unidos a
arrestinas activan vías de señalización dependientes de quinasas citosólicas como Src y JNK.
Lodish et al MCB2004
RECEPTORES ASOCIADOS A
QUINASAS CITOSÓLICAS
receptores de citoquinas (interferón, eritropoietina, interleukinas)
receptores de adhesión (caderinas, integrinas, CAMs)
receptores de células T (TCR)
Receptores de citoquinas activan tirosina-quinasas citosólicas: JAK
JAK: JAnus Kinase o Just Another KinaseLodish et al MCB2004
(Ej. EpoR, prolactin R)
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.
Las JAKs constituyen una familia de tirosina quinasas citosólicas asociadas constitutivamente a receptores de
citoquinas (1). En ausencia de estimulación JAK es inactiva. La estimulación de los receptores induce la
autofosforilación y activación de la JAK asociada (2), la cual fosforila tirosinas en el dominio citosólico del receptor (3).
inactive active JAK
Lodish et al MCB2004
Las STATs permanecen latentes en el citosol hasta su
activación, la cual ocurre cuando se unen al receptor
fosforilado, a través de su dominio SH2, y son
fosforiladas por JAK. STATs fosforiladas se disocian
del receptor, y dimerizan mediante interacciones SH2-
fosfotirosina recíprocas. Los dímeros STATs exponen
NLS y se translocan al núcleo donde activan la
transcripción de numerosos genes blanco.
STAT: Signal Transducers and Activators of Transcription
JAKs fosforilan a los factores de transcripción STATs
Lodish et al MCB2004
La estimulación de receptores de citoquinas activavarias vías de señalización paralelas
La activación del receptor de eritropoyetina (EpoR) 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.
(adaptadores)
(F. de transcripción)
(enzima)
(enzima)
Todas estas proteínas se asocian
al receptor fosforilado en tirosina
mediante sus dominios SH2
FOXOAkt
FOXO: Forkhead Box O, transcription factor
Transcription of genes
that inhibit survival,
proliferation and growth.
Fosfatasas y SOCS terminan la señalización de citoquinas
Mecanismos rápidos (defosforilación) y lentos (síntesis de SOCS) controlan
la duración de la señalización intracelular inducida por citoquinas.
Dentro del repertorio de genes blanco activados por
STATs están los que codifican para proteínas SOCS.
Mediante dominios SH2 las proteínas SOCS se unen
a las JAKs y receptores fosforilados. Las proteínas
SOCS además interaccionan con E3 ubiquitina ligasas
y promueven la ubiquitinación y degradación de JAKs
y los receptores en los proteosomas.
SHP1 es una fosfatasa de tirosina que en condiciones
basales está autoinhibida en el citosol. Interacciona con
el receptor fosforilado mediante dominios SH2, evento
que induce su activación y defosforilación de JAK. Otras
fosfatasa también defosforilan a JAK y STATs.
SOCS: Suppresor Of Cytokine Signaling Lodish et al MCB2004
integrinasEGFR
Src/FAK
Rho/Rac/Cdc42
GTPasas
citoesqueleto
de actina
Grb2
Ras
Erk
ciclinas D, c-myc
pax/p130Cas
Src y FAK se autofosforilan y activan en
respuesta a la estimulación y agregación
de integrinas. Src y FAK fosforilan
adaptadores que propagan la señal por
vías que promueven: 1) proliferación a
través de la vía de Ras y 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 rho
GTPasas (rho, rac y Cdc42). La
señalización de integrinas sinergiza con
la de ciertos receptores de factores de
crecimiento, por ej. el EGFR.
Receptores de adhesión activan tirosina-quinasas citosólicas
PI-3K
Akt
Varias fosfatasas (PTPs), ej. PTP-
BL y SHP2 defosforilan e inactivan
a Src y FAK, respectivamente.
PTPs
SH2SH3
SH2
SH2/3
La estimulación de FcR y TCR en el sistema inmune induce la activación de tirosina quinasas
La estimulación de los receptores de Fc (FcR) en mastocitos y de los TCR en células T induce su partición en
rafts lipídicos (1) y su fosforilación por tirosina-quinasas de la familia de Src (Lyn, Lck, Fyn) (2), Syk y
ZAP70 (3). Todas estas quinasas poseen dominios SH2 que reconocen secuencias fosforiladas (ITAM:
Immunoreceptor Tyrosine-based Activation Motif) y contribuyen a la propagación de la señal intracelular.
Simons & Toomre, NRMCB2000
↑PLC ↑Ca2+ histamine secretion
PLC
SH2pY
PLC
SH2pY
T cell
↑PLC ↑Ca2+ Calcineurin NFAT
DAG GEF Ras-MAPK AP-1
PKC NF-B
RECEPTORES CON ACTIVIDAD
ENZIMATICA INTRINSECA
receptores con actividad de tirosina quinasa (ej. EGF, NGF, Ephr)
receptores con actividad de Ser/Thr quinasa (ej. TGFb)
Los receptores con actividad de quinasa tienen un dominio extracelular que une
el ligando y un dominio intracelular con actividad catalítica. Los ligandos son
péptidos o proteínas solubles o asociados a la membrana plasmática.
Hunter, Nature 2001
El genoma humano codifica para ~ 60 receptores de transmembrana con actividad tirosina-quinasa distintos, agrupados en 20 familias
La unión del ligando al dominio extracelular induce la activación yautofosforilación del dominio tirosina-quinasa citosólico
Los receptores no estimulados poseen una actividad de tirosina-quinasa 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).
dimerización y auto-
fosforilación de Tyr
del dominio catalítico
fosforilación de
tirosinas adicionales
Lodish et al MCB2004
El EGFR fosforilado en tirosina (pY) induce el reclutamiento de varias moléculas de señalización
del citoplasma y que contienen dominios SH2 y/o PTB. Por ejemplo, la fosfolipasa C, la
tirosina quinasa Abl, las proteínas adaptadoras Grb2 y Shc, y la ubiquitina ligasa Cbl.
membrana
dominio
extracelular
El receptor activo es autofosforilado en varios sitios
dominio intracelular
EGFR
992 1068 1086 11731148
pY
PLC PLCGrb2 Grb2 Shc
1045
pY pYpY pY pYdominio
catalítico
pY
Cbl
Abl
cinética de
activación
del EGFR
Kholodenko et al
J. Biol Chem 1999
actividad de
fosfatasas
Time (min)1 20
Fosfatasas defosforilan y inactivan el receptor
membrana
EGFR
dominio
extracelular dominio intracelular
PTPs
Diferentes proteína tirosina-fosfatasas (PTPs) son reclutadas al receptor
fosforilado mediante dominios de interacción proteína-proteína específicos.
992 1068 1086 11731148
pY
1045
pY pYpY pY pYdominio
catalítico
pY
La endocitosis es un mecanismo de desensibilización de los receptores tirosina quinasas
En ausencia de ligando, el EGFR se endocita con una cinética 5-10 veces más lenta que cuando está unido
al EGF (ligando). Aproximadamente un 50% del complejo EGF-EGFR endocitado es derivado a lisosomas.
Cbl es una ubiquitina ligasa que agrega
una ubiquitina al EGFR endocitado
(monoubiquitinación), marcándolo para
su degradación en lisosomas. Este
mecanismo disminuye transitoriamente
la capacidad de las células para
responder al estímulo extracelular.
reciclado
degradación
Algunos RTK señalizan a través de la PLC
Cooper, Biol Cel. 2002
La fosfolipasa C se une varios RTKs fosforilados (ej. EGFR, PDGFR) 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. El aumento de Ca2+ citosólico y el DAG activan la PKC, y el Ca2+ activa la calmodulina.
Estructura modular de la PLC
↑Ca2+
↑PKC
↑calmodulina
La PLC se encuentra
autoinhibida en el citosol. La
activación depende de su
relocalización a la membrana, la
fosforilación y cambios
conformacionales.
RTKs de factores de crecimiento señalizan vía la PI3K
dominios
PH
PIPK PIPK
3 3 3
membrana
plasmática
En estado de estimulación basal
la PI3K se encuentra
autoinhibida en el citosol. La
interacción de los dominios SH2
de la subunidad reguladora p85
con receptores o adaptadores
fosforilados activan de manera
alostérica la enzima.
Las enzimas PI3K son heterodímeros que consisten de una subunidad reguladora
(p85) y una subunidad catalítica (p110). Receptores tirosina quinasa de factores de
crecimiento como el EGFR, IR, IGFR, FGFR, PDGF, etc señalizan vía esta enzima.
PI3K: Phosphoinositide 3-Kinase
Los productos de PI3K son requeridos para activar enzimas citosólicas
Akt (=PKB) es una Ser/Thr quinasa citosólica que en estado basal adopta una conformación inactiva,
estabilizada por la interacción del dominio PH con residuos del dominio catalítico. La síntesis de PIP3
por PI3K promueve el reclutamiento y anclaje a la membrana de PKB y PDK1, mediado por el dominio
PH de ambas enzimas. La interacción con la membrana induce cambios conformacionales en Akt que
sumados a la fosforilación por PDK1activan a la enzima.
Lodish et al MCB2004
PI-3K PH PH PH
PI3K: Phosphoinositide-3 kinase
PDK1: Phoshoinositide-Dependent Kinase-1
PKB/Akt: Protein Kinase B/producto del oncogen v-akt
La vía de señalización de PI3K-AKT regula varios procesos
La activación de la vía PI-3K Akt promueve crecimiento y supervivencia. La fosfatasa PTEN antagoniza el efecto de PI3K y
defosforila los lípidos fosforilados (PIP3) productos de PI3K. Por lo tanto la actividad de PTEN atenúa la activación de Akt.
PTEN: Phosphatase and TENsin homologue
mTOR: Ser/Thr kinasa
Tsc: GAP de Rheb
Rheb: GTPasa activadora de mTOR
PI-3K: Phosphoinositide-3 kinase
PDK1: Phoshoinositide-Dependent Kinase-1
PKB/Akt: Protein Kinase B/producto del oncogen v-akt
BAD y BIM: SH3 only proteins (proapoptóticas) Alberts et al MBC 2000
Bcl2
Bcl2
PTEN(fosfatasa)
mutaciones de PTEN
promueven el desarrollo
de cáncer
Bcl2
PH PH
Cell
growth
active Akt
FOXO genes pro-apoptóticos
(ej. FasLR, BIM, etc)
(↑Akt FOXO)
(Rho/Rac activity)
(S6K, eIF4
↑síntesis de
proteínas)
mTOR es una Ser/Thr kinasa que promueve supervivencia y crecimiento
mTOR forma 2 complejos multiproteicos, mTORC1 y mTORC2, los cuales integran señalización de diferentes
procesos o “inputs”. Por ejemplo, quinasas activadas por receptores de factores de crecimiento, convergen en
la activación de la GTPasa Rheb, la cual a su vez activa el complejo mTORC1. La activación de los complejos
mTORC1 y 2 regula la función de numerosos substratos involucrados en el crecimiento y supervivencia celular.
Laplante & Sabatini, Cell 2012
Varios RTKs estimulan proliferación a través de la vía de Ras-Erk
Lodish et al MCB2004
La unión del ligando provoca la
dimerización y autofosforilación
de los receptores.
La unión de Grb2
al receptor activo
recluta Sos a la
membrana.
Sos promueve el intercambio
del GDP por GTP en Ras.
Ras-GTP activo se disocia
de Sos.
La GTPasa Ras es activada en la membrana plasmática
Ras se ancla a la membrana plasmática por ácidos grasos agregados post-traducción.
Mutantes de ras que no pueden anclarse a la membrana son incapaces de activar al
efector Raf. Esto es en parte porque los GEFs de Ras activan a Ras en la membrana.
membrane
cytosol
Raf
cinética de activación de Ras
estimulando las células con EGF.
adaptado de Bidkhori et al PlosOne2012
10 20 30
Ras-G
TP
co
nce
ntr
atio
n
Time (min)
Ras activa una cascada de quinasas que incluye la MAP kinasa Erk
En organismos multicelulares existen 3 subfamilias de MAPKs:
- Erk ("Extracellular regulated kinases")
- JNK ("c-Jun N-terminus kinase")
- p38
Lodish et al MCB2004
1. En estado basal Ras asociada a la membrana es inactiva. La quinasa Raf
existe en una conformación inactiva en el citosol y no interacciona con Ras.
2. La activación de Ras recluta a la quinasa Raf a la membrana. Cambios
conformacionales, fosforilación y defosforilación de Raf activan la quinasa.
3. Raf fosforila y activa a la quinasa MEK.
4. MEK es una quinasa dual que fosforila y activa a la MAPK Erk.
GEF
La activación de la MAP quinasa requiere de la fosforilación dual de una treonina y una tirosina en el segmento activador
cinética de activación de Erk
estimulando las células con EGF.
adaptado de Bidkhori et al PlosOne2012
10 20 30Time (min)
40
Activity
Lodish et al MCB2004
N lobe
C lobe
activation
segment
segment
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 desencadena la respuesta al estrés hiperosmótico.
Complejos de activación de MAP kinasas específicas depende de proteínas scaffold
Pawson & Nash Genes Dev 2000
Lodish et al MCB 2000
(MAPK)
En células de mamíferos las proteínas
adaptadoras JIP1 y Ksr coordinan la activación
de la MAP kinasa JNK y Erk, respectivamente.
fosforilación de c-jun
y activación de la
respuesta al estrés.
activación por estrés (ej. ER),
citoquinas (TNF), etc.
(MAPK)
(MAPK)
MAPKKK
programa
transcripcional
que activa el
apareamimento.
programa
transcripcional
de respuesta al
estrés hiperosmótico.
MAPKK
Raf
MEK
Erk
Ksr
(MAPK)
fosforilación de Rsk
y TCF. Activación de
la proliferación.
activación por factores
de crecimiento (ej. EGF).
Las MAPK activas fosforilan substratos en el citosol y
en el núcleo. Varios de los substratos nucleares son
factores de transcripción, por ej. TCF (¨Ternary
Complex Factor¨) y SRF (¨Serum Response Factor¨).
TCF y SRF fosforilados forman complejos triméricos
que se unen a secuencias promotoras y estimulan la
expresión de genes de expresión temprana como por
ej. c-Fos y c-Jun.
MAPK activa se transloca al núcleo donde fosforila factores de transcripción
La regulación extracelular de diferentes procesos fundamentales enS. cerevisiae es mediada a través de distintas MAP kinasas
Alberts et al MBC 2002
El NGF promueve la supervivencia
y el crecimiento axonal (diferenciación)
en neuronas simpáticas.
NGF: Nerve Growth Factor
Interacciones de efrinas (ephrins) en la membrana de células gliales con
sus receptores Eph (RTK) en axones contribuyen al establecimiento de
mapas de conectividad en el sistema nervioso. Por ej. el mapa retino-
tectal en el sistema visual. Axones de neuronas nasales de la retina se
conectan con neuronas del tectum posterior en el cerebro y neuronas de
la retina temporal con neuronas del tectum anterior.
nasal
temporal
posterior
anterior
tectum
RTKs decodifican señales de crecimiento, diferenciación y guía en neuronas
+ NGF
- NGF
NGFR
EphR
PTK domain
nasal
temporal
Experimento in vitro que muestra la selectividad de crecimiento de los axones
de diferentes regiones de la retina sobre membranas del tectum. Se
generaron bandas o calles con fracciones de membranas del tectum posterior
(P) y anterior (A). Sobre estas fracciones se sembraron neuronas de la retina
temporal (a la izquierda) y neuronas de la retina nasal (a la derecha).
Las efrinas inhiben el crecimiento axonal.
La activación de la GTPAsa Rho promueve
la contracción de actina-miosina produce el
colapso del cono.
Eph RTKs participan en la decodificación de señales o moléculas guíadurante el crecimiento axonal
Ephexin es un
GEF de RhoA
+
Saltiel & Kahn Nature 2001
Adipocitos transfectados
con GLUT4-GFP. Note la
translocación a la membrana
después de la estimulación.
Los receptores RTK usualmente activan diversas vías de señalización paralelas
Alberts et al MBC 2008, modific
Quinasas y GTPasas integran señales de distintos receptores
proliferación, apoptosis, diferenciación, metabolismo, motilidad, etc
PD
FAKSrc
ECM
integrins
PD: phosphodiesterase
Rho/Rac
MLCK
Los receptores de TGF-b poseen un dominio de Ser/Thr-kinasaen su dominio intracelular
TGF: Transforming Growth Factor; SARA: Smad Anchor for Receptor Activation
TGF-β es una familia de ~ 40 proteínas
diméricas secretadas, que actúan generalmente
de manera parácrina, y regulan proliferación,
apoptosis y diferenciación. La unión de TGF-b a
los receptores RI y RII induce la fosforilación y
activación de RI por RII. RI activo une y fosforila
factores de transcripción inactivos asociados a
la membrana denominados R-Smads 2 y 3. Los
R-Smads fosforilados se disocian de los
receptores, forman complejoc con Co-Smads
(ej. Smad4) y se translocan al núcleo donde
junto a factores de transcripción adicionales
regulan la transcripción de genes blanco.
Alberts MBC, 2008
La proteína “scaffold” SARA interacciona con
los receptores y las R-Smad, facilitando la
fosforilación de las R-Smad. La disociación
de R-Smad fosforiladas forman complejos
con Smad 4 y exponen una NLS que es
reconocida por b-importinas.
MH2
MH1
Expresión de genes anti-proliferativos (inhibidores de
proteasas, inhibidores de Cdks como p21, p27. p57),
supresión de c-myc.
SARA
Las flechas naranjas indican la
activación del receptor. Los
complejos de TGF-β/RI/RII activos
se endocitan por 2 vías, una
dependiente de clatrina (en verde)
que facilita la translocación nuclear
de R-Smad, y otra dependiente de
caveolina (marrón) que promueve
la ubiquitinación y degradación.
Las flechas violetas indican
transporte nucleo-citoplasmático.
Los grupos fosfatos y la ubiquitina
se representan por círculos verdes
y rojos, respectivamente.
Flujos de componentes de señalización de la vía de TGF-b
Entre los genes activados por Smads están los que codifican para Smads inhibidoras o I-Smads.
Las I-Smads compiten con las R-Smads por la unión al receptor activo, interaccionan con
factores de ubiquitinación Smurf, promoviendo la degradación de receptores y Smads en
proteosomas, y también reclutan fosfatasas que defosforilan a los receptores y Smads.
Smurf: Smad ubiquitination regulatory factors)
Ciertos receptores activan la proteólisis regulada de inhibidores citoplasmáticos.
El NF-B es un factor de transcripción heterodimérico expresado en la mayoría de las células y que en condiciones
basales es secuestrado en el citosol por el inhibidor I-Ba. Citokinas inflamatorias como el TNFa e interleukina-1
estimulan receptores que activan una cascada de quinasas citosólicas (TAK1 IKK) que fosforilan al inhibidor I-Ba
en sitios (fosfodegrones) reconocidos por una E3 ubiquitina ligasa que lo marca para su degradación en proteasomas.
El NF-B libre expone una NLS que le permite translocarse al núcleo y regular numerosos genes.
Lodish et al MCB2004
(IKK)
El inhibidor I-Ba
enmascara una NLS
en NF-B.
TAK1:
TGFβ-Activating
Kinase-1
La vía de señalización de Wnt inhibe la proteólisis de b-catenina
En ausencia de estimulación b-catenina es reclutada a un complejo con axina y APC donde es fosforilada por las kinasas
casein kinasa I y GSK-3b. El residuo fosforilado es reconocido por una E3 ubiquitina ligasa que marca la b-catenina para su
degradación en el proteosoma. El factor extracelular Wnt estimula al receptor frizzled (B), y activa una vía que inhibe la
formación del complejo, permitiendo la acumulación de b-catenina en el citosol y su translocación al núcleo donde regula la
expresión de numerosos genes involucrados en proliferación y diferenciación.
El co-receptor LRP se asocia al
complejo Wnt/Frizzled y posteriormente
recluta y es fosforilado por CK1 y GSK3.
La fosforilación es requerida para
reclutar las proteínas “scaffold”
Dishevelled, axin y APC al complejo y su
inactivación.
Delta-Notch regulan diferenciación neural
Notch y Delta son proteínas de transmembrana involucradas en un mecanismo de diferenciación celular denominado
“inhibición lateral”. En Drosophila este mecanismo es empleado para regular la diferenciación de neuronas sensoriales en
la epidermis de la mosca. La expresión del ligando Delta en la superficie de precursores neuronales interacciona con el
receptor Notch en las células adyacentes, induciendo la proteólisis de Notch y la generación de un fragmento intracelular
que se transloca al núcleo e inactiva la expresión de genes proneurales y promueve la diferenciación epitelial.
Lodish et al MCB2004; MBC Alberts et al 2002
Parte del tórax de Drosophila mostrando
un grupo de células mutantes con Delta
inactivado. Por lo tanto la inhibición
lateral no ocurre y todas las células
del grupo se diferencian en sensoriales.
Sistema de señalización en plantasRespuesta al etileno
El etileno es un gas que actúa como un importante factor regulador del crecimiento y mecanismos de defensa en plantas. Los
receptores de etileno son proteínas de transmembrana localizadas en el retículo endoplásmico. En ausencia de etileno los
dominios citosólicos de los receptores interaccionan y activan una quinasa de Ser/Thr denominada CTR. CTR fosforila y promueve
la degradación de factores de transcripción (EIN) que activan la respuesta transcripcional al etileno. La unión del etileno al receptor
inhibe la activación de CTR, lo cual permite que los factores EIN se acumulen y regulen la expresión/represión de cientos de genes
controlados por etileno. La deleción de EIN produce un fenotipo insensible al etileno (Ethylene Insensitive).
Triple respuesta mediada por el etileno
en el crecimiento de plántulas. La
obstrucción (barra amarilla) induce la
generación de etileno el cual estimula
el 1) acortamiento, 2) engrosamiento, y
3) curvatura del tallo o raíz, protegiendo
el tejido de crecimiento apical.
Los receptores regulan
negativamente la vía de
señalización
EIN: Ethylene INsensitive
Sistema de señalización por auxinas
Auxina es una hormona que promueve
la elongación de las células vegetales.
En ausencia de auxina el factor de
transcripción ARF que media la
respuesta a auxina interacciona con
proteínas represoras (Aux/IAA) que
suprimen su actividad. La auxina
interacciona con receptores nucleares
que inducen la degradación del
represor en proteosomas.
auxina: ácido indolacético
ARF: Auxin Response Factor
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).
Los fitocromos median el crecimiento y desarrollo
de las plantas en respuesta a luz roja.
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, COPB 2006
Sistema de señalización en plantasSensado de luz
