Tema 3. Señalización celular en patología humana (2015)

Apunte Español
Universidad Universidad de Lleida (UdL)
Grado Ciencias Biomédicas - 2º curso
Asignatura Patología celular y molecular
Año del apunte 2015
Páginas 33
Fecha de subida 03/05/2016
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2º C. Biomédicas (UdL) Irene LV PATOLOGÍA MOLECULAR Y CELULAR TEMA 3. Señalización celular en patología humana.
La célula no se encuentra aislada dentro del organismo, recibe señales del entorno que debe integrar (recibe muchas señales a la ve gracias a sus muchos receptores) gracias a las vías de señalización y que debe convertir en una respuesta.
La señalización celular consta de varias fases: 1- RECEPCIÓN DE LA SEÑAL. La molécula que comienza la señalización es el LIGANDO (molécula señal) o 1er mensajero. Éste se une a un RECEPTOR específico, que puede encontrarse en la membrana, en el núcleo o en el citosol.
La señal puede venir de la propia célula - AUTOCRINA.
de las células vecinas - PARACRINA.
de células que se encuentran más lejos - ENDOCRINA - la molécula señal (hormona) se desplaza por el sistema circulatorio hasta llegar a la célula diana.
1 Patología celular y molecular 2- TRANSDUCCIÓN DE LA SEÑAL, mediante las vías de señalización intracelular. Se produce un cambio en el receptor que permite la transmisión de la señal. Mecanismos: - Modificación post-traduccional de la proteína. Fosforilación/desfosforilación.
- Proteínas G monoméricas y triméricas.
- Segundos mensajeros.
3- RESPUESTA A LA SEÑAL. La célula da respuesta (dividirse, diferenciarse,...) a la señal recibida.
TRANSDUCCIÓN DE LA SEÑAL FOSFORILACIÓN/DESFOSFORILACIÓN DE PROTEÍNAS Se trata de un proceso reversible que actúa como un "interruptor" de la actividad. La fosforilación de proteínas puede activar o bien inactivar a una proteína y la desfosforilación, por tanto, puede activar o inactivar a las proteínas.
Las enzimas encargadas de catalizar las fosforilaciones son las KINASAS: transfieren el fosfato terminal del ATP a un grupo hidroxilo.
Las enzimas que desfosforilan son las FOSFATASAS, que catalizan la hidrólisis del Pi de una proteína.
Existen tres aminoácidos que son fosforilables: Serina, Treonina y Tirosina, y en función de qué aa fosforilan, hay dos tipos de kinasas: tirosina kinasas y serin/treonin kinasas.
2 2º C. Biomédicas (UdL) Irene LV Cuando el ligando se une al receptor, éste sufre un cambio conformacional, se une a una kinasa inactiva, provocando su activación (la unión con el receptor estimula su actividad kinasa). A partir de aquí, se desencadenan cascadas de fosforilaciones (que, cabe recordar, pueden activar o inactivar) hasta llegar a un sustrato distinto de las kinasas que al ser fosforilado emitirá una respuesta.
Las kinasas deben volver al estado basal, es decir, deben desfosforilarse. Para ello, se necesita a las fosfatasas. Las kinasas también pueden desactivarse mediante otros mecanismos, como la ubiquitinación, ... Otras vuelven a su estado inicial tras separarse del receptor.
Ocurre lo mismo en el caso de las fosfatasas.
Al conjunto de todas las kinasas que se han encontrado en los seres humanos se lo conoce con KINOMA HUMANO. De todas nuestras proteínas (conocidas), un 1,7% (518 genes que codifican para proteínas kinasa) de ellas tienen actividad kinasa. De este 1,7%, el 17% corresponde a las tyr-kinasas. Como las kinasas cuentan con especial relevancia en el organismo, su desregulación tiene un papel importante en patología (se encuentran en la base de muchas enfermedades). Las patologías en las que hay kinasas implicadas se conocen como kinasopatías.
PROTEÍNAS G (monoméricas y triméricas) Son proteínas que pueden unirse a una molécula de GDP o de GTP, que modificará su estado. Las proteínas G pueden presentar dos estados: - Activa, cuando se encuentran unidas a GTP.
-Inactiva, cuando se encuentran unidas a GDP.
Por tanto, la unión a GDP o a GTP actúa como interruptor molecular.
Las proteínas que se encargan de CAMBIAR el GDP por GTP (se cambia la molécula, no se fosforila) son las proteínas GEF. Gracias a las proteínas GAP, las proteínas G vuelven a su estado inicial: GAP activa la actividad GTPasa de las proteínas G, que se hidrolizan a sí mismas.
SEGUNDOS MENSAJEROS Se trata de moléculas, normalmente difusibles, que aumentan muy rápidamente su concentración en el citosol y que hacen el papel de cofactor para otras proteínas. El proceso ocurre de la siguiente forma: el ligando se une al receptor, que a su vez se une a una enzima, conocida como EFECTOR, activándola. Este efector hace que incremente muy rápidamente la concentración de 2º mensajero, que se unirá a otra molécula que la necesita como cofactor, activándola.
3 Patología celular y molecular Existen muchos tipos de 2º mensajero.
El Ca+2, por ejemplo, se encuentra normalmente en el retículo endoplasmático y se libera al citosol cuando recibe la señal. Actúa como cofactor de la kinasa C (la C viene de calcio), entre otros.
Los diferentes mecanismos de transducción de la señal se combinan de diversas formas: También puede ocurrir que el receptor active, en lugar de a las kinasas, directamente a un efector que haga aumentar la concentración de 2º mensajero (que puede activar a su vez a las kinasas por ejemplo).
Las proteínas G también interaccionan con los otros dos mecanismos.
4 2º C. Biomédicas (UdL) Irene LV La señalización celular no se produce de manera lineal, las vías "hablan" entre ellas, produciendo un fenómeno conocido como CROSSTALK. Las células tienen muchos receptores distintos y deben integrar las señales que reciben, es decir, la señalización debe estar COORDINADA para poder emitir correctamente las distintas respuestas.
Una respuesta viene determinada por más de una señal (por la suma de todas las señales que se producen al mismo tiempo). Muchas de las proteínas señalizadoras interaccionan entre sí mediante DOMINIOS DE UNIÓN MODULARES para orquestar la señalización.
Por ejemplo, el dominio PH reconoce fosfatidil inositol, los dominios SH2 y PTB reconocen fosfotirosinas, es decir, pueden reconocer proteínas fosforiladas, y los dominios SH3 reconocen secuencias ricas en prolina.
RESPUESTA A LA SEÑAL La célula puede emitir dos tipos diferentes de respuesta: - Respuesta RÁPIDA, tarda segundos o minutos. Se produce por la alteración de la función de una proteína.
El ligando interacciona con el receptor activando una cascada de señalización que, por ejemplo, finaliza con la fosforilación de una proteína implicada en adhesión celular, provocando que dicha proteína incremente o disminuya su nivel de adherencia.
5 Patología celular y molecular - Respuesta LENTA, tarda horas e incluso días. Este tipo de respuesta pasa por la modificación de la expresión génica. La cascada de señalización acabará provocando la estimulación o represión de los factores de transcripción. Es un proceso lento porque, para que la respuesta termine de llevarse a cabo, deben producirse la transcripción, el splicing, la traducción, ...
ALTERACIONES EN LA RECEPCIÓN Y TRANSDUCCIÓN DE LA SEÑAL COMO BASE DE PATOLOGÍAS Las alteraciones de la señalización celular pueden ser alteraciones por EXCESO o por DEFECTO.
Además pueden encontrarse en cualquiera de los pasos de la señalización: en la recepción, en la transducción o en la respuesta. La consecuencia de estas alteraciones será una respuesta aumentada o bien disminuida, que en cualquier caso se sale de la homeostasis (es decir, se trata de una respuesta alterada que rompe el equilibrio).
Por ejemplo, si la supervivencia celular aumenta se pueden producir patologías como el cáncer o las enfermedades autoinmunes, y si disminuye se pueden producir enfermedades neurodegenerativas.
Una mutación de ganancia de función (ya sea del receptor, como de una proteína kinasa, etc.) puede suponer incremento o disminución de la respuesta celular, dependiendo de cómo sea la vía de señalización.
6 2º C. Biomédicas (UdL) Irene LV Además, a la hora de analizar los efectos de una alteración en las cascadas de señalización hay que tener en cuenta el "crosstalk", es decir, la comunicación entre las distintas vías.
La alteración en una sola proteína puede generar diferentes cambios en los distintos tipos celulares (dos tipos celulares distintos no expresan los mismos genes ni lo hacen de la misma manera) pero las alteraciones siempre se producirán en una serie de respuestas concretas (es decir, una mutación en un receptor siempre va a afectar a las mismas vías). Una alteración tiene múltiples efectos. Las complejas redes de comunicación celular que se establecen y la variedad de cambios que provoca una alteración hacen que éstas tengan difícil predicción.
7 Patología celular y molecular Como las vías interactúan entre ellas, es muy difícil clasificarlas. Se intenta establecer una relación entre los receptores y las vías que activan.
Existen diferentes familias de receptores de membrana, cada una de las cuales activa preferencialmente unas vías de señalización intracelular concretas.
Las vías que se muestran a continuación son las que estudiaremos más detalladamente.
RECEPTORES ACOPLADOS A PROTEÍNAS G Estos receptores tienen siete dominios transmembrana en hélice α. En su parte intracelular hay dominios (o regiones) que les permiten asociarse a proteínas G triméricas.
Todos los receptores hormonales son de este tipo.
Como ya sabemos, las proteínas G tienes dos estados: están activas cuando se encuentran asociadas a GTP e inactivas cuando se encuentran asociadas a GDP. En estado de reposo (inactiva), las proteínas G tienen tres subunidades α, β y ϒ que se encuentran unidas.
8 2º C. Biomédicas (UdL) Irene LV Cuando el ligando se une al receptor, éste se activa y cambia su conformación dejando expuesto el dominio de unión de la proteína G. En el momento en que la proteína G se une al receptor, sufre un cambio conformacional que hace que la subunidad α se separe del resto y se cambie el GDP por GTP, activándola.
Una vez está la proteína G activa, la subunidad α (también puede ser el complejo formado por β y ϒ) se une a un efector molecular que continuará la transducción de la señal. Una vez se ha trasmitido la señal, se hidroliza el GTP a GDP y las subunidades se vuelven a unir.
Existen tres tipos de efectores activados por proteína G: - Adenilato ciclasa - proteína kinasa A.
- Canales de K+.
- Fosfolipasa C.
El efector que se activa dependerá de la familia de proteínas G. Cada familia tiene afinidad por un efector concreto. Además, las proteínas G pueden activar o inhibir al efector, hecho que también vendrá determinado por el tipo de proteína G que participe en la transducción de la señal (Gs estimulante/activadora; Gi - inhibidora).
Un mismo enzima efector puede ser activado por una familia de proteínas G e inhibido por otra.
9 Patología celular y molecular ADENILATO CICLASA - PKA La proteína G (en este caso una Gs) se activa y estimula la ADENILATO CICLASA, enzima que convierte el AMP en AMPcíclico.
El AMPc es un segundo mensajero que activa a la proteína kinasa A (PKA- Proteína Kinasa Dependiente de AMPc) que se desplaza hasta el núcleo y fosforila FACTORES DE TRANSCRIPCIÓN.
La PKA cuenta con una que se una al AMPc catalítica, encargada de unidas, la subunidad inactiva).
subunidad reguladora, y con una subunidad fosforilar (mientras están catalítica se encuentra Dependiendo del tipo de receptor y del tipo de proteína G, pueden darse efectos distintos sobre la adenilato ciclasa y sobre la pkA.
10 2º C. Biomédicas (UdL) Irene LV CANALES DE POTASIO En este caso, es el complejo formado por las subunidades β y ϒ el que se une los canales de potasio (efector) y los abre, produciendo una hiperpolarización de la célula. En este caso, el ligando es acetilcolina (provoca efectos diferentes en función del tipo celular).
FOSFOLIPASA Cβ - PKC La fosfolipasa es una enzima que corta fosfolípidos. Cuando se activa, corta el fosfatidilinositol dando lugar a diacilglicerol y a inositol-trifosfato (IP3) que son segundos mensajeros. El IP3 es cofactor de los canales de Ca+2 del retículo endoplasmático, es decir, hace que éstos se abran y se libere el Ca+2, que también es segundo mensajero. El Ca+2 junto con el diacilglicerol activan a la pKC (proteína kinasa dependiente de Calcio) que continúa transmitiendo la señal.
Todas las respuestas deben tener un final por lo que debe llevarse a cabo la desensibilación de la vía.
Existen proteínas encargadas de acabar con la señal: GRK (kinasa de receptor unido a proteína G ) fosforila los receptores acoplados a proteína G activados; esta fosforilación es la señal para que la proteína ARRESTINA reconozca al receptor (mediante dominios SH2 y PTB). La arrestina endocita al receptor que se degrada mediante el proteasoma o impide la interacción con otras proteínas G.
Cuando falta esta proteína habrá hiperactivaciones.
11 Patología celular y molecular ALTERACIONES EN LA VÍA DE LAS PROTEÍNAS G Pueden ser alteraciones en el receptor CPGR (G Protein Coupled Receptors), por ganancia o pérdida de función o por cambio en la especificidad o bien, alteraciones en las proteínas G triméricas (pérdida o ganancia de función).
ENFERMEDADES POR MUTACIONES DE PÉRDIDA DE FUNCIÓN EN GPCR Al ser los GPCR receptores de muchas de las hormonas reguladoras, estas mutaciones causan enfermedades muy variadas.
Existen varios mecanismos por los que el receptor puede perder su función: - El receptor no puede completar la vía de transporte hasta la membrana (cuando es sintetizado) a causa de una mutación y por tanto, queda retenido en el citosol.
- Pérdida de afinidad con el ligando.
- Falta de activación intracelular; el ligando se une al receptor pero éste "no se entera", es decir, no se produce el cambio conformacional necesario para que se transmita la señal.
- Pérdida de los lugares de unión o de la afinidad por la proteína G.
- Alteraciones en la unión con la β-arrestina (se une más β-arrestina de la que corresponde, lo que provoca la pérdida de función del receptor).
12 2º C. Biomédicas (UdL) Irene LV Debido al efecto del "Crosstalk", los receptores no solo activan a las proteínas G.
Pueden producirse alteraciones en el receptor que impidan que se activen las proteínas G pero que no afecten al resto de vías.
EJEMPLOS DE MUTACIONES DE PÉRDIDA DE FUNCIÓN DEL CPGR  MUTACIÓN EN EL RECEPTOR DE LA MELANOCORTINA 4 (MC4R) El no funcionamiento de este receptor se asocia a la obesidad mórbida ya que, cuando se activa, controla el metabolismo e inhibe la ingesta de alimento (hace que se pare la sensación de hambre).
 PÉRDIDA O DISMINUCIÓN DE LA FUNCIÓN DEL GnRHR Las mutaciones en el GnRHR (Gonadotrophin-Releasing Hormone Receptor) causan hipogonadismo, ya que no se liberan las hormonas LH y FSH necesarias para el desarrollo de las gónadas y los gametos.
13 Patología celular y molecular  PÉRDIDA DE FUNCIÓN EN EL GHRHR - ENANISMO Una mutación causa la falta de función del receptor GHRHR (Growth Hormone Releasing Receptor) que libera hormona de crecimiento.
 PÉRDIDA DE FUNCIÓN EN EL RECEPTOR DE LA TSH La TSH está involucrada en el desarrollo de la fisiología del tiroides, por lo que una mutación ene este receptor causa hipotiroidismo.
ENFERMEDADES POR MUTACIONES DE GANANCIA DE FUNCIÓN EN GPCR Un mismo receptor puede tener mutaciones de pérdida o mutaciones de ganancia de función que pueden resultar o no en enfermedades opuestas.
Al igual que en las mutaciones de pérdida de función, existen varios mecanismos por los que el receptor puede aumentar su función: - El receptor funciona independientemente de que haya ligando o no. A esto se lo conoce como activación constitutiva.
- Mutaciones que provocan un aumento en la afinidad del ligando. Con una menor concentración de ligando se producirá la misma respuesta.
EJEMPLOS DE MUTACIONES DE GANANCIA DE FUNCIÓN DEL CPGR  GANANCIA DE FUNCIÓN EN EL RECEPTOR DE TSH Causa el efecto inverso que la mutación de pérdida de función en ese receptor, es decir, causa hipertiroidismo.
 ENFERMEDAD DE GRAVES Se trata de una enfermedad autoinmune causada porque nuestro organismo genera anticuerpos agonistas contra el receptor de la TSH, es decir, anticuerpos que se mimetizan con el ligando.
Estos anticuerpos reconocen al receptor y actúan como si fueran un ligando, activándolo (el receptor es activado en este caso concreto pero también podría inhibirse).
14 2º C. Biomédicas (UdL) Irene LV ENFERMEDADES QUE AFECTAN A LA ESPECIFIDAD DEL RECEPTOR El receptor puede sufrir una mutación que hace que aumente su afinidad por un ligando.
Un ejemplo de este tipo de alteraciones es el SÍNDROME OVÁRICO. El receptor de la FSH se estimula cuando se une a los ligandos FSH y hCG (gonadotrofina coriónica). Lo normal es que el receptor tenga afinidad solamente por la FSH. El receptor mutado incrementa su afinidad por la hCG por lo que reconoce a las dos hormonas; esto conlleva a que el receptor se encuentre activado ante la presencia de los dos ligandos, es decir, que esté activado cuando debe (en presencia de FSH) y también cuando no debe.
ALTERACIONES EN PROTEÍNAS G TRIMÉRICAS Al igual que las mutaciones que afectan al receptor, éstas pueden ser de pérdida o de ganancia de función. Además, el hecho de que existan proteínas Gαs -estimuladoras- y Gαi -inhibidoras- hace que los efectos de estas alteraciones sean muy variables.
Las mutaciones en las proteínas G resultan peores que las mutaciones de los receptores ya que las proteínas G, a pesar de existir distintas familias, son comunes a muchas vías de señalización.
 SÍNDROME DE McCUNE-ALBRIGHT Se trata de una alteración de ganancia de función de proteínas Gs debida a una mutación del gen GNAS1 que codifica para la proteína Gα estimuladora de la adenilato ciclasa. Esta mutación provoca un aumento de función, que hace que aumente la concentración de AMPc y, con ello, que aumente la activación de la pkA.
En el síndrome de McCune hay varias vías afectadas. Se desregula la señalización de muchas hormonas como, por ejemplo, las hormona estimuladora del melanocito, la hormona LH, la TSH, la GHRH, ...
15 Patología celular y molecular Como se trata de una mutación post-zigótica, no todas las células estarán afectadas por lo que las personas afectadas serán individuos mosaico.
 CÓLERA La enfermedad del cólera es causada por un agente infeccioso, una bacteria que emplea la toxina colérica que tiene como diana las proteínas Gα estimuladoras, a las que ribosila. El GTP no puede hidrolizarse ya que la ribosilación anula la actividad de la GTPasa. La proteína G está siempre unida a GTP por lo que está siempre activa, produciendo AMPc. El AMPc estimula la secreción de Cl- e inhibe la absorción de Na+; la salida del cloro genera un desequilibrio electrolítico y la salida masiva de fluidos de la mucosa intestinal (el cólera se caracteriza por fuertes diarreas).
Por tanto no hace falta que se dé una mutación genética para que se produzca una alteración en las vías de señalización.
 PSEUDOHIPOPARATIROIDISMO Es causado por mutaciones en proteínas Gαs que provocan la pérdida de su función. Estas mutaciones provocan resistencia a la hormona paratiroidea (PTH) cuyo receptor se expresa en el riñón donde se regula el metabolismo mineral. Los pacientes afectados por el pseudohipoparatiroidismo tienen alteraciones en el metabolismo de calcio y fosfatos en sangre.
Diversas alteraciones en el gen GNAS1 provocan este pérdida de función. En diversos casos se ha observado la deleción 4BP en el exón 7.
RECEPTORES CON ACTIVIDAD TIROSINA KINASA (RTKs) Son mayoritariamente receptores de factores de crecimiento. Su estimulación está implicada en muchos procesos celulares (proliferación, migración, inhibición de la apoptosis).
Para clasificarlos, se han agrupado por homología de secuencia; se han encontrado diferentes familias grandes con diversos receptores. Todos ellos tienen un dominio intracelular con actividad tirosina kinasa (por tanto, son transmembrana).
En estado basal o inactivo se encuentran en forma monomérica y al unirse al ligando, dimerizan. Esta dimerización resulta en la activación de la actividad tirosina kinasa y con ello, en la AUTOFOSFORILACIÓN DEL RECEPTOR (fosforila sus propias tirosinas). El receptor fosforilado servirá de lugar de unión a proteínas adaptadoras que continuarán con la transducción de la señal. Estas proteínas adaptadoras deberán tener los dominios SH2 y PTB (de unión a tyr fosforiladas).
16 2º C. Biomédicas (UdL) Irene LV El receptor puede activar dos vías: la vía RAS/MAPkinasa o la vía PI3K.
Vía RAS/MAPK Ras es una proteína G; esto quiere decir que se encuentra activa cuando está unida a GTP. Como ya hemos visto, cuando el receptor se autofosforila se une a proteínas adaptadoras. Una de estas proteínas será GEF, encargada de cambiar el GDP de RAS por GTP, haciendo que RAS se active. Las GEF pueden unirse directamente al receptor fosforilado o bien pueden ser activadas indirectamente por otra proteína adaptadora.
RAS-GTP (es decir, RAS activa) interacciona con una proteína con actividad serin-treonin kinasa, la MAP-kinasa-kinasa-kinasa, activándola. ésta a su vez fosforila (activa) a MAP-kinasa-kinasa que fosforila a MAP-kinasa. Estas MAP-kinasas (incluyendo también MAP-kinasa-kinasa y MAP-kinasakinasa-kinasa) son una gran familia de proteínas, entre las que se encuentran por ejemplo RAF, MERK, ERK,... Las MAP kinasas fosforilan gran variedad de compuestos como proteínas para cambiar su actividad, proteínas reguladoras de genes, ...
17 Patología celular y molecular Vía PI3K La autofosforilación del receptor crea un lugar de unión (la unión puede ser directa o indirecta -cuando se une a otra proteína adaptadora) para la PI3K (fosfatidil inositol 3 kinasa), un segundo mensajero que fosforila lípidos de membrana. La PI3K fosforila al fosfatidil inositol bis-fosfato, convirtiéndolo en fosfatidil inositol tri-fosfato (PIP3). El PIP3 es reconocido por dos proteínas con dominios de unión a PIP3 y que tienen actividad kinasa: PDK1 (phosphatidil inositol dependent kinasa 1) y AKT. Estas proteínas son atraídas por PIP3 y se dirigen a la membrana (se unen a la membrana a través de dominios PH). Una vez están en la membrana, PDK1 y mTOR actúan conjuntamente fosforilando a AKT, activándola.
La AKT fosforilada se disocia de la membrana y fosforila numerosos sustratos (el sustrato a fosforilar dependerá del tipo de AKT, del tipo y contexto celular, etc.). En el caso que se muestra en la imagen, AKT fosforila a BAD inactivándola; la inactivación de BAD hace que se inhiba la apoptosis.
La fosfatasa PTEN "apaga" la vía desfosforilando a PIP3, que se convierte en PIP2.
Aún no se conoce cómo se regula la PDK1 (ni mTOR), se cree que tiene actividad constitutiva, es decir, que no se inactiva, por lo que la forma de hacer que ésta pare de fosforilar es separándola de la membrana. PDK1 se separará de la membrana cuando disminuyan los niveles de PIP3.
Los numerosos sustratos de AKT están implicados en multitud de procesos: apoptosis, ciclo celular, metabolismo, migración celular, reparación del DNA, ...
18 2º C. Biomédicas (UdL) Irene LV ALTERACIONES DE LA SEÑALIZACIÓN POR RTKs Pueden afectar a los receptores o bien directamente a las vías y, como siempre, pueden ser de pérdida o de ganancia de función.
MUTACIONES DE GANANCIA DE FUNCIÓN DE RTKs Los receptores con actividad tirosina kinasa son receptores de factores de crecimiento que regulan procesos celulares tales como el ciclo celular, la supervivencia, proliferación, angiogénesis,... Por tanto, cuando éstos ven aumentada su función, pueden causar tumorogénesis. Se han encontrado muchas mutaciones relacionadas con el cáncer.
- Mutaciones puntuales. Por ejemplo, una mutación puede hacer que el receptor dimerice en ausencia de ligando, por lo que siempre estará activo. Con ello, la vía de señalización estará siempre activa también. Por ejemplo, la activación constitutiva de EGFR.
- También puede ocurrir que una deleción provoque una ganancia de función (al contrario de lo que se esperaría de este tipo de mutaciones). Por ejemplo, una deleción que hace que el receptor tenga actividad constitutiva (funciona en ausencia de ligando); se debe a que existen dominios que impiden que dos receptores tengan interacción en ausencia de ligando.
- Una translocación también puede provocar que el receptor gane función. Por ejemplo, una translocación entre el cromosoma que contiene la región que codifica para el receptor Trk y el cromosoma que contiene la región que codifica para la proteína tropomiosina. Tras la mutación, queda un cromosoma que contiene parte de ambas regiones que además conservan la pauta de lectura. Se genera una proteína quimérica (mitad tropomiosina, mitad receptor) que queda en el citosol (ya que el receptor Trk pierde sus dominios transmembrana) y que es oncogénica. La tropomiosina actúa como proteína de fusión y dimeriza, haciendo que se unan dos monómeros del receptor Trk que conservan la actividad tyr kinasa. Por tanto, esta mutación da lugar a una activación permanente del receptor Trk a pesar de que éste no pueda tener contacto con el ligando por encontrarse en el citosol (ya no necesita al ligando para activarse). La ganancia de función del receptor Trk está implicada en muchos cánceres.
19 Patología celular y molecular Como hemos podido observar, en caso de mutación de ganancia de función del receptor, la mayoría de las patologías son oncogénicas.
MUTACIONES DE PÉRDIDA DE FUNCIÓN DE RTKs  CIPA o Insensibilidad Congénita al Dolor con Anhidrosis Esta patología produce insensibilidad congénita al dolor e incapacidad de sudar (50% de los individuos afectados muere de fiebre). Se debe a la ausencia de neuronas sensoriales.
Esta enfermedad es causada por la pérdida de función del receptor Trk. Estos receptores son requeridos por muchas neuronas sensoriales para sobrevivir durante el desarrollo, ya que captan la señal de supervivencia (factor NGF). Cuando las neuronas no captan esta señal de supervivencia, se mueren por apoptosis; por tanto, la pérdida de función del receptor provoca la muerte de las neuronas sensoriales.
Este receptor es importante durante el desarrollo ya que se limita la cantidad de NGF para que no haya células (neuronas) en exceso; el problema es que si ninguna o muy pocas neuronas son capaces de recibir este factor de supervivencia habrá menos neuronas de las necesarias.
Esto no ocurre en todos los tipos de neurona por los mecanismos de compensación; existen tres tipos distintos de receptores Trk y hay células que cuentan con más de un tipo diferente. Por tanto, en otras neuronas y en otros tipos celulares, la falta de un tipo de receptor Trk se compensa con los otros.
Además, este síndrome tiene distintos grados de afectación dependiendo del grado de alteración de Trk.
 Enfermedad de Hirschsprung Esta enfermedad se produce por la pérdida de función del receptor Ret. La falta de este receptor en neuronas entéricas hace que éstas no se encuentren en el colon debido a un defecto en la migración de sus precursores; esto conlleva a una falta de peristaltismo que produce megacolon.
ALTERACIONES EN LA VÍA PI3K  MUTACIONES DE GANANCIA DE FUNCIÓN DE LAS PI3K Estas mutaciones se encuentran presentes en gran cantidad de tumores (promueven oncogénesis); ocurre lo mismo que en los casos de ganancia de función del receptor, es decir, toda la vía se ve aumentada.
 MUTACIONES DE PÉRDIDA DE FUNCIÓN DE PTEN PTEN es la fosfatasa que desfosforila PIP3 convirtiéndola en PIP2; está por tanto implicada en el silenciamiento de la vía. Una pérdida de función de esta proteína tiene como resultado un aumento en la función de la vía ya que PIP3 ve aumentada su concentración. Esta mutación también se encuentra en muchos tumores.
20 2º C. Biomédicas (UdL) Irene LV ALTERACIONES EN LA VÍA RAS/MAPkinasa  PATOLOGÍAS CAUSADAS POR GANANCIA DE FUNCIÓN EN LA VÍA o RASopatías Las RASopatías son patologías causadas por la ganancia de función de distintos componentes de la vía RAS/MAPkinasa que se traduce en un aumento de función de la vía. Se trata de un conjunto de enfermedades con fenotipos o sintomatologías comunes. En cada uno de estos síndromes predominan unas alteraciones concretas. La mutaciones que producen las RASopatías afectan a la línea germinal y, ya sean mutaciones de ganancia o de pérdida de función, hacen que la vía se encuentre aumentada.
Por ejemplo, la ganancia de función de la fosfatasa SHP2, codificada por el gen PTPN11, hacen que la vía se encuentre aumentada (a pesar de tratarse de una fosfatasa). SPH2 desfosforila elementos (que aún no se conocen hoy en día) de la vía MAP kinasa que, cuando están desfosforilados contribuyen a la activación de RAS . Por lo tanto, la ganancia de función de SPH2 provoca finalmente que MAP kinasa esté más fosforilada.
Estas mutaciones activadoras de SPH2 se encuentran por ejemplo en los síndromes de Noonan y Leopard.
21 Patología celular y molecular Como ya hemos dicho, las mutaciones de las RASopatías se producen en la línea germinal; cuando las alteraciones de ganancia de función de las vías activadas por receptor tirosina kinasa se dan en las células somáticas, generan oncogénesis, tanto como si se ve aumentada la vía MAPkinasa como la vía PI3K.
La homeostasis del cáncer de unos tipos celulares dependerá de la vía PI3K y la homeostasis del cáncer en otros tipos celulares dependerá de la vía MAPkinasa.
Por ejemplo, cuando una mutación inhibe la actividad GTPasa, RAS queda activado constitutivamente (ganancia de función).
La pérdida de función de GAP también contribuye a activar constitutivamente la vía MAPkinasa.
RECEPTORES DE CITOQUINAS Estos receptores están involucrados en el desarrollo y la regulación de los sistemas hematopoyético e inmunitario. Activan la vía JAK-Stat.
Existen muchas familias de citoquinas que se unen a receptores específicos. Todos estos receptores funcionan más o menos de la misma forma (aunque hay algunas excepciones); se trata de receptores transmembrana muy similares a los receptores tirosina kinasa. En reposo, se trata de receptores monoméricos. No tienen dominio tirosina kinasa intrínseco, pero están asociados (siempre mediante su dominio intracelular) a la proteína kinasa JAK. Cuando una citoquina se une al receptor, éste dimeriza, activando la actividad kinasa de JAK. Las dos JAK que se encuentran unidas se transfosforilan, es decir, se fosforilan la una a la otra, y fosforilan residuos de tirosina del receptor. Así, se crean en el receptor lugares de unión para los factores de transcripción llamados STATS, que al unirse al receptor son fosforilados por JAK.
22 2º C. Biomédicas (UdL) Irene LV Los STATS fosforilados se separan del receptor, se reconocen y dimerizan; este dímero se transloca al núcleo donde induce la transcripción de genes.
Los STATS tienen el dominio SH2, lo que les permite reconocer fosfotirosinas. Gracias a este dominio es como reconocen al receptor y como se reconocen entre sí mismas (cuando están fosforiladas) para dimerizar.
La eritropoyetina (o EPO) utiliza esta vía de señalización.
Las kinasas JAK activas también pueden activar otras vías de señalización distintas, como PI3K, fosfolipasa C, ... Esto se debe al efecto del Crosstalk.
Existen mecanismos para desactivar esta vía. Se trata de las proteínas SHP1 y SOCS que son reguladores negativos de la vía. SHP1 reconoce los residuos de tirosina fosforilada y los desfosforila, eliminando así los sitios de unión del receptor. Por otro lado, las SOCS se unen al receptor, bloqueando los sitios de unión y además, arrastran al receptor a su degradación, mediante el reclutamiento de E3 ubiquitín ligasa.
ALTERACIONES DE LA SEÑALIZACIÓN POR RECEPTORES DE CITOQUINAS VÍA JAK-STAT Como esta vía regula los sistemas hematopoyético e inmune, las alteraciones que se produzcan en ella causan inmunodeficiencias, enfermedades inflamatorias, desórdenes autoinmunes, defectos hematológicos, desórdenes mieloproliferativos, leucemias y linfomas,...
MUTACIÓN DE PÉRDIDA DE FUNCIÓN Ya sea en la kinasa JAK o en los receptores de citoquinas, las mutaciones de pérdida de función causan inmunodeficiencia.
23 Patología celular y molecular  INMUNODEFICIENCIA COMBINADA SEVERA (SCID) Se trata de la enfermedad también conocida como el Síndrome de los Niños Burbuja. En los individuos afectados no se ha producido desarrollo del sistema inmunitario, ya que no funciona la señalización implicada en este proceso. Puede darse por la pérdida de función del receptor o de JAK 3.
MUTACIÓN DE GANANCIA DE FUNCIÓN La ganancia de función de esta vía conlleva al desarrollo de enfermedades autoinmunes y de cáncer.
 SÍNDROMES MIELOPROLIFERATIVOS Se trata de tumores del sistema inmunitario provocados por mutaciones de ganancia de función de JAK2, que conlleva a una proliferación excesiva de las células del sistema inmune.
RECEPTORES ACOPLADOS A CANALES IÓNICOS Se trata de CANALES IÓNICOS que se encuentran cerrados en reposo y que, cuando se unen al ligando, se abren para dejar pasar iones. Por tanto, estos receptores no pueden asociarse a ninguna vía concreta.
Normalmente, son receptores de neurotransmisores, como acetilcolina (Ach), GABA, glicina, serotonina (5-HT3),...
24 2º C. Biomédicas (UdL) Irene LV Esta señalización se produce por ejemplo en la transmisión sináptica.
ALTERACIONES DE LA SEÑALIZACIÓN POR CANALES IÓNICOS  EPILEPSIA El desarrollo de esta enfermedad está asociado a mutaciones en los receptores de ACETILCOLINA y GABA. Se produce por la pérdida de función del canal "receptor" del neurotransmisor GABA o la ganancia de función del receptor/canal de la acetilcolina (Ach).
 A veces, las alteraciones en estos canales pueden producirse por TOXINAS QUE LOS BLOQUEAN.
Por ejemplo, el receptor nicotínico de Ach es diana de la toxina de algunas serpientes (cobratoxina, bungarotoxina).
Cabe recordar que no todos los canales iónicos son receptores: los hay que son activados por voltaje (por despolarización o hiperpolarización de la membrana) en lugar de por ligando. Estos canales también son objetos de mutaciones y están en la base de las patologías conocidas como CANALOPATÍAS (los canales no se abren/cierran cuando se despolariza la membrana).
25 Patología celular y molecular RECEPTORES DE Wnt Wnt es una familia de proteínas muy importante en el desarrollo embrionario ya que están implicadas en el mantenimiento y la diferenciación de las células madre.
Las proteínas Wnt se unen a sus receptores específicos: Frizzle (con abundantes dominios transmembrana) y LRP 5/6. Mediante estos receptores se activa la vía de la β-CATENINA.
La β-catenina es un factor de transcripción que, sin Wnt (es decir, en estado de reposo) esté retenido en el citosol gracias a que se encuentra formando un complejo junto con una serie de proteínas. Las proteínas que acomplejan a la β-catenina son: GSK3, APC, axina. GSK3 es una kinasa que tiene, de manera fisiológica, actividad constitutiva y que mantiene fosforilada a la betacatenina. Además, cuando la β-catenina está fosforilada es degradada por el proteasoma.
Por tanto, en reposo, la β-catenina se encuentra en el citosol y en niveles muy bajos.
Cuando Wnt se une a sus receptores Frizzle y LRP (5 o 6) activa a la proteína Dishevelled que inhibe la actividad kinasa de GSK3. La β-catenina no se encontrará fosforilada (y por tanto no será degradada por el proteasoma), se acumula, se separa del complejo y se transloca al núcleo, donde interacciona con factores de transcripción.
La vía de la β-catenina es en realidad mucho más compleja.
ALTERACIONES EN LA VÍA Wnt-β-CATENINA Pueden producirse mutaciones de pérdida o de ganancia de función en ligandos, receptores, axinas, APC, β-catenina, es decir, en cualquier punto de la vía, que desencadenarán en patologías muy variadas.
Por ejemplo, Wnt - β-catenina regula la formación y reabsorción ósea: regula el proceso por el que las células madre se diferencian en osteoblastos y en osteoclastos.
26 2º C. Biomédicas (UdL) Irene LV MUTACIONES DE PÉRDIDA DE FUNCIÓN DE LA VÍA  OSTEOPOROSIS PSEUDOGLIOMA Es un síndrome causado por mutaciones en el gen del receptor FRP5. Los individuos afectados presentan baja densidad ósea y fracturas.
MUTACIONES DE GANANCIA DE FUNCIÓN DE LA VÍA Las mutaciones activadoras de la vía causan cánceres.
 PÉRDIDA DE FUNCIÓN DE APC O GANACIA DE FUNCIÓN DE LA β-CATENINA Estos dos tipos de mutación están implicados en la formación de cáncer. En concreto, esta vía está muy relacionada con el cáncer de colon. La primera mutación que aparece muy frecuentemente en el cáncer de colon es la pérdida de función de APC que hace que la vía de la β-catenina se encuentre aumentada. Tras esta mutación la mucosa se encuentra en riesgo (at risk), es decir, tras la mutación iniciadora o precursora una nueva mutación conlleva al comienzo del desarrollo del cáncer. La segunda mutación que se suele dar frecuentemente en el cáncer de colon también está relacionada con esta vía: se trata de una pérdida de función del otro alelo de APC o bien de una ganancia de función de la βcatenina (cualquiera de las dos conlleva a una activación de la vía).
27 Patología celular y molecular OTROS MECANISMOS DE SEÑALIZACIÓN - UBIQUITINA Y SUMOILIZACIÓN Estos dos mecanismos son también muy importantes para el mantenimiento de la homeostasis. La ubiquitinización y la sumolización/sumoilación son modificaciones covalentes que pueden sufrir las proteínas (al igual que la fosforilación, etc.). Mediante la ubiquitina y las moléculas de SUMO es posible modificar la cantidad de una proteína. Ambos procesos, sumoilación y ubiquitinación se producen siempre en residuos de lisina.
VÍA DE DEGRADACIÓN UBIQUITINA-PROTEASOMA La ubiquitina marca las proteínas (ubiquitinización) para que estas sean degradadas por el proteasoma. El proceso de ubiquitinización es llevado a cabo por tres enzimas (aparte de la propia ubiquitina): E1, E2 y E3.
E1 (o ubiquitin-activating enzyme) se une a las moléculas de ubiquitina y las transfiere a un segundo enzima, la E2 (ubiquitin-conjugating enzyme), quedando la ubiquitina conjugada por esta segunda proteína. E3 (ubiquitin ligase) coge por un lado la proteína sustrato y por el otro a la proteína E2 junto con la ubiquitina y cataliza la transferencia de la ubiquitina de E2 a la proteína sustrato.
28 2º C. Biomédicas (UdL) Irene LV Para que el proteasoma degrade a la proteína es necesaria más de una molécula de ubiquitina, es decir, la proteína debe poliubiquitinizarse, para lo que intervienen continuamente estas tres enzimas.
El sistema ubiquitina - proteasoma tiene varias funciones entre las que destacan el control de calidad y la regulación de las vías de señalización intracelular.
El CONTROL DE CALIDAD consiste en que, cuando por el motivo que sea hay una proteína mal plegada en la célula, el sistema ubiquitina-proteasoma debe reconocerla y degradarla para evitar que esta proteína aberrante se acumule.
Por otro lado, lleva a cabo la REGULACIÓN DE LAS VÍAS DE SEÑALIZACIÓN, modulando la cantidad de muchas proteínas implicadas en distintos procesos celulares. Por eso este sistema es fundamental para el mantenimiento de la homeostasis de la célula.
Al modular proteínas implicadas en señalización que a su vez participan en diversos procesos celulares, el sistema ubiquitina-proteasoma afecta a diversos procesos.
29 Patología celular y molecular Cuando aparece una PROTEÍNA MAL PLEGADA en la célula, comienza la respuesta conocida como "Unfolded Protein Response": primero intenta repararse esta proteína mediante las chaperonas; cuando esto no es posible se recurre al proteasoma. Si el estrés/fallo es irreversible, la célula debe morir y se inicia un proceso apoptótico (activación de caspasas).
En las células sometidas a gran estrés suele producirse la acumulación de proteínas (el organismo debe intentar que esto no se produzca).
*Hay proteínas cuya fosforilación constituye una señal para que el proteasoma las degrade, por ejemplo, la vía NF-KB que se muestra a continuación.
La ubiquitinización regula otras vías como por ejemplo, la Wnt - β-catenina (cuando la β-catenina está fosforilada es degrada por el proteasoma).
30 2º C. Biomédicas (UdL) Irene LV ALTERACIONES EN EL SISTEMA UBIQUITINA-PROTEASOMA Como en otras ocasiones, pueden producirse alteraciones de ganancia o de pérdida de función. Cuando esta vía ve aumentada su función, se producirá la degradación acelerada de proteínas, es decir, se degradarán proteínas que muy probablemente no deberían. Por otra parte, la falta de degradación conlleva a la acumulación de proteínas.
Además, las alteraciones pueden producirse en el sistema central de ubiquitinación o en las propias proteínas, que modificarán su sistema de ubiquitinación.
Los fallos en esta vía están relacionados con gran cantidad de patologías: tumorogénesis, enfermedades neurodegenerativas, enfermedades genéticas hereditarias, enfermedades asociadas a la inflamación y autoinmunidad.
ENFERMEDADES NEURODEGENERATIVAS Muchas de ellas son causadas por la acumulación de proteínas resistentes al proteasoma que forman cuerpos de inclusión. Pueden deberse a alteraciones en el sistema ubiquitina-proteasoma que hacen que se acumulen proteínas mal plegadas. Ejemplos de estas enfermedades en las que aparecen los cuerpos de inclusión son el Alzheimer, Parkinson, la enfermedad de Huntington, la ataxia espinocerebelar o la distrofia muscular espinobulbar (Síndrome de Kennedy) entre otras.
 PARKINSON Se acumulan proteínas que no se pueden degradar formando CUERPOS DE LEWY.
La forma juvenil de la enfermedad se debe a mutaciones del gen de la PARKINA, una E3 ubiquitin ligasa.
 SÍNDROME DE ANGELMAN Como ya hemos visto anteriormente se trata de una enfermedad de causa epigenética. El gen de Angelman, que se encuentra mutado en este síndrome, codifica para la proteína UBE3A, una ubiquitin 3 ligasa que se expresa en neuronas del sistema nervioso. Esta ubiquitin ligasa regula la cantidad de receptores de glutamato de los terminales nerviosos. En los enfermos de Angelman hay déficit de estos receptores, lo que conlleva retraso mental.
OTRAS PATOLOGÍAS  FIBROSIS QUÍSTICA Una de las mutaciones más frecuentes que se dan en la fibrosis quística es la deleción de un triplete en el gen que codifica para la proteína CFTR (canal iónico de cloro), que hace que la proteína se pliegue 31 Patología celular y molecular de manera incorrecta. El plegamiento de la proteína hace que ésta se ubiquitinice y, por consiguiente, que se degrade. Por tanto hay una fracción muy pequeña de proteínas maduras en la superficie de la membrana, es decir, canales de cloro insuficientes.
 SÍNDROME DE LIDDLE Es una forma de hipertensión hereditaria causada por una mutación en un canal de sodio de las células epiteliales del riñón. Este canal no puede degradarse correctamente (la mutación hace que no sea reconocido por la ubiquitin ligasa) y absorbe más sodio de la cuenta, generando un desequilibrio iónico que es compensado por las células mediante la entrada de agua. Esta absorción anormal de agua provoca un incremento de la presión.
SUMOILACIÓN La sumoilación o sumolización consiste en la transferencia a una proteína de una o varias moléculas de SUMO. El proceso es muy similar a la ubiquitinación: SUMO se conjuga con las enzimas E1, que la transfieren a una segunda proteína, E2. E2 adiciona SUMO a la proteína diana gracias a E3. SUMO modulará la actividad de esta proteína diana.
La sumoilación puede tener diversas funciones: - Puede implicar la regulación de una proteína: por ejemplo, un canal iónico podrá estar abierto o cerrado en función de si esté unido o no a SUMO.
- Regulación de la endocitosis: SUMO puede marcar proteínas para que sean endocitadas.
- Regulación de factores de transcripción.
- Regulación del transporte nuclear de una proteína: SUMO marca proteínas para que sean translocadas o salgan del núcleo.
- ...
Por tanto, SUMO actúa como un INTERRUPTOR MOLECULAR.
32 2º C. Biomédicas (UdL) Irene LV La sumolización puede afectar también a otras modificaciones post-traduccionales, por ejemplo, la molécula SUMO puede ser una señal para que una kinasa fosforile o una fosforilación puede indicar que la proteína debe ser sumoilizada.
Hay muchos procesos regulados por sumoilación.
- Por ejemplo se ha visto que en neuronas puede participar en el tráfico de membranas, en la regulación de la fosforilación, en la actividad sináptica, modulando la actividad de los canales, regulando a las proteínas G e interviniendo en otros tipos de señalización, etc. A tener tantas funciones en el sistema nervioso están implicadas también en enfermedades neurodegenerativas.
Además, se ha observado que los cuerpos de inclusión contienen altos niveles de SUMO.
 ALTERACIONES DE LA SUMOILACIÓN EN LA CARDIOMIOPATÍA DILATADA FAMILIAR La proteína lamina A tiene una alteración en un residuo de lisina que provoca que SUMO no pueda unirse y que se produzca la cardiomiopatía.
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