Señal telefónica
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Para la revista, consulte Señalización celular .

En biología , la señalización celular ( señalización celular en inglés británico ) o comunicación celular es la capacidad de las células para recibir, procesar y transmitir señales con su entorno y consigo mismas. [1] [2] [3] Es una propiedad fundamental de todas las células de todos los organismos vivos, como bacterias, plantas y animales. [4] Las señales que se originan en el exterior de una célula (o señales extracelulares) pueden ser agentes físicos como presión mecánica , voltaje , temperatura , luz o señales químicas (p. Ej., Moléculas pequeñas, péptidos, o gas). Las señales químicas pueden ser hidrófobas o hidrófilas. La señalización celular se puede producir a través de distancias cortas o largas, y como resultado puede ser clasificado como autocrino , juxtacrine , intracrina , paracrina o endocrina . Las moléculas de señalización pueden sintetizarse a partir de diversas rutas biosintéticas y liberarse a través de transportes pasivos o activos , o incluso a partir del daño celular .

Los receptores juegan un papel clave en la señalización celular, ya que son capaces de detectar señales químicas o estímulos físicos. Los receptores son generalmente proteínas ubicadas en la superficie celular o dentro del interior de la célula, como el citoplasma , los orgánulos y el núcleo . Los receptores de la superficie celular generalmente se unen a señales extracelulares (o ligandos ), lo que provoca un cambio conformacional en el receptor que lo lleva a iniciar la actividad enzimática o abrir o cerrar la actividad del canal iónico . Algunos receptores no contienen dominios enzimáticos o de tipo canal, sino que están vinculados a enzimas o transportadores.. Otros receptores, como los receptores nucleares, tienen un mecanismo diferente, como cambiar sus propiedades de unión al ADN y la localización celular en el núcleo.

La transducción de señales comienza con la transformación (o transducción) de una señal en una química, que puede activar directamente un canal iónico ( canal iónico controlado por ligando ) o iniciar una cascada de segundo sistema mensajero que propaga la señal a través de la célula. Los sistemas de segundo mensajero pueden amplificar una señal, en la que la activación de algunos receptores da como resultado la activación de múltiples mensajeros secundarios, amplificando así la señal inicial (el primer mensajero). Los efectos posteriores de estas rutas de señalización pueden incluir actividades enzimáticas adicionales tales como escisión proteolítica , fosforilación , metilación y ubiquitinilación .

Cada célula está programada para responder a moléculas de señal extracelulares específicas, [5] y es la base del desarrollo , la reparación de tejidos , la inmunidad y la homeostasis . Los errores en las interacciones de señalización pueden causar enfermedades como cáncer , autoinmunidad y diabetes . [6] [7] [8] [9]

Rango taxonómico

En muchos organismos pequeños, como las bacterias , la detección de quórum permite a los individuos comenzar una actividad solo cuando la población es lo suficientemente grande. Esta señalización entre células se observó por primera vez en la bacteria marina Aliivibrio fischeri , que produce luz cuando la población es lo suficientemente densa. [10] El mecanismo implica la producción y detección de una molécula de señalización y la regulación de la transcripción de genes en respuesta. La detección de quórum opera tanto en bacterias grampositivas como gramnegativas, y tanto dentro como entre especies. [11]

En los mohos limosos , las células individuales conocidas como amebas se agregan para formar cuerpos fructíferos y, finalmente, esporas, bajo la influencia de una señal química, originalmente llamada acrasina . Los individuos se mueven por quimiotaxis , es decir, son atraídos por el gradiente químico. Algunas especies usan AMP cíclico como señal; otros como Polysphondylium violaceum utilizan otras moléculas, en su caso el éster etílico de N-propionil-gamma-L-glutamil-L-ornitina-delta-lactama, apodado glorina. [12]

En plantas y animales, la señalización entre células se produce a través de la liberación al espacio extracelular , dividida en señalización paracrina (en distancias cortas) y señalización endocrina (en distancias largas), o por contacto directo, conocido como señalización yuxtacrina (p. Ej., Señalización de muesca) . [13] La señalización autocrina es un caso especial de señalización paracrina donde la célula secretora tiene la capacidad de responder a la molécula de señalización secretada. [14] La señalización sináptica es un caso especial de señalización paracrina (para sinapsis químicas ) o señalización yuxtacrina (para sinapsis eléctricas ) entre neuronas. y células diana.

Señal extracelular

Síntesis y liberación

Diferentes tipos de señalización extracelular.

Muchas señales celulares son transportadas por moléculas que son liberadas por una célula y se mueven para hacer contacto con otra célula. Las moléculas de señalización pueden pertenecer a varias clases químicas: lípidos , fosfolípidos , aminoácidos , monoaminas , proteínas , glicoproteínas o gases . Las moléculas de señalización que se unen a los receptores de superficie son generalmente grandes e hidrófilas (p. Ej. , TRH , vasopresina , acetilcolina ), mientras que las que entran en la célula son generalmente pequeñas e hidrófobas (p. Ej. , Glucocorticoides , hormonas tiroideas)., colecalciferol , ácido retinoico ), pero las excepciones importantes a ambos son numerosas, y una misma molécula puede actuar tanto a través de receptores de superficie como de manera intracrina con diferentes efectos. [14] En las células animales, las células especializadas liberan estas hormonas y las envían a través del sistema circulatorio a otras partes del cuerpo. Luego llegan a las células objetivo, que pueden reconocer y responder a las hormonas y producir un resultado. Esto también se conoce como señalización endocrina. Los reguladores del crecimiento de las plantas, u hormonas vegetales, se mueven a través de las células o se difunden a través del aire como un gas para alcanzar sus objetivos. [15] Sulfuro de hidrógenoes producido en pequeñas cantidades por algunas células del cuerpo humano y tiene una serie de funciones de señalización biológica. Actualmente, solo se sabe que otros dos gases de este tipo actúan como moléculas de señalización en el cuerpo humano: el óxido nítrico y el monóxido de carbono . [dieciséis]

Exocitosis

La exocitosis es el proceso por el cual una célula transporta moléculas como neurotransmisores y proteínas fuera de la célula. Como mecanismo de transporte activo , la exocitosis requiere el uso de energía para transportar material. La exocitosis y su contraparte, la endocitosis , son utilizadas por todas las células porque la mayoría de las sustancias químicas importantes para ellas son moléculas polares grandes que no pueden atravesar la porción hidrófoba de la membrana celular por vía pasiva.medio. La exocitosis es el proceso mediante el cual se liberan una gran cantidad de moléculas; por tanto, es una forma de transporte a granel. La exocitosis ocurre a través de portales secretores en la membrana plasmática celular llamados porosomas . Los porosomas son estructuras lipoproteicas permanentes en forma de copa en la membrana plasmática celular, donde las vesículas secretoras se acoplan y fusionan transitoriamente para liberar el contenido intravesicular de la célula.

En la exocitosis, las vesículas secretoras unidas a la membrana se transportan a la membrana celular , donde se acoplan y se fusionan en los porosomas y su contenido (es decir, moléculas solubles en agua) se secreta al entorno extracelular. Esta secreción es posible porque la vesícula se fusiona transitoriamente con la membrana plasmática. En el contexto de la neurotransmisión , los neurotransmisores se liberan típicamente de las vesículas sinápticas hacia la hendidura sináptica mediante exocitosis; sin embargo, los neurotransmisores también pueden liberarse mediante transporte inverso a través de proteínas de transporte de membrana .

Formularios

Autocrino

Diferencias entre la señalización autocrina y paracrina

La señalización autocrina involucra a una célula que secreta una hormona o mensajero químico (llamado agente autocrino) que se une a los receptores autocrinos en esa misma célula, lo que produce cambios en la propia célula. [17] Esto se puede contrastar con la señalización paracrina , la señalización intracrina o la señalización endocrina clásica .

Paracrino

En la señalización paracrina, una célula produce una señal para inducir cambios en las células cercanas, alterando el comportamiento de esas células. Las moléculas de señalización conocidas como factores paracrinos se difunden a una distancia relativamente corta (acción local), a diferencia de la señalización celular por factores endocrinos , hormonas que viajan distancias considerablemente más largas a través del sistema circulatorio ; interacciones yuxtacrinas ; y señalización autocrina . Las células que producen factores paracrinos los secretan en el entorno extracelular inmediato . Luego, los factores viajan a las celdas cercanas en las que el gradiente de factor recibido determina el resultado. Sin embargo, no se sabe con certeza la distancia exacta que pueden recorrer los factores paracrinos.

Las señales paracrinas , como el ácido retinoico, se dirigen solo a las células cercanas a la célula emisora. [18] Los neurotransmisores representan otro ejemplo de una señal paracrina.

Algunas moléculas de señalización pueden funcionar como hormonas y como neurotransmisores. Por ejemplo, la epinefrina y la norepinefrina pueden funcionar como hormonas cuando se liberan de la glándula suprarrenal y se transportan al corazón a través del torrente sanguíneo. Las neuronas también pueden producir norepinefrina para que funcione como un neurotransmisor dentro del cerebro. [19] El ovario puede liberar estrógeno y funcionar como una hormona o actuar localmente a través de la señalización paracrina o autocrina . [20]

Aunque la señalización paracrina provoca una serie diversa de respuestas en las células inducidas, la mayoría de los factores paracrinos utilizan un conjunto relativamente optimizado de receptores y vías. De hecho, se sabe que diferentes órganos del cuerpo, incluso entre diferentes especies, utilizan conjuntos similares de factores paracrinos en el desarrollo diferencial. [21] Los receptores y vías altamente conservados se pueden organizar en cuatro familias principales basadas en estructuras similares: la familia del factor de crecimiento de fibroblastos (FGF), la familia Hedgehog , la familia Wnt y la superfamilia TGF-β . La unión de un factor paracrino a su receptor respectivo inicia la transducción de señales. cascadas, provocando diferentes respuestas.

Endocrino

Las señales endocrinas se denominan hormonas . Las hormonas son producidas por células endocrinas y viajan a través de la sangre para llegar a todas las partes del cuerpo. La especificidad de la señalización se puede controlar si solo algunas células pueden responder a una hormona en particular. La señalización endocrina implica la liberación de hormonas por las glándulas internasde un organismo directamente en el sistema circulatorio , regulando órganos diana distantes. En los vertebrados , el hipotálamo es el centro de control neural de todos los sistemas endocrinos. En los seres humanos , las principales glándulas endocrinas son la glándula tiroides.y las glándulas suprarrenales . El estudio del sistema endocrino y sus trastornos se conoce como endocrinología .

Yuxtacrino

Figura 2. Señal yuxtacrina mediada por Notch entre células adyacentes.

La señalización yuxtacrina es un tipo de señalización de la matriz extracelular de célula -célula o célula en organismos multicelulares que requiere un contacto estrecho. Hay tres tipos:

  1. Un ligando de membrana ( proteína , oligosacárido , lípido ) y una proteína de membrana de dos células adyacentes interactúan .
  2. Una unión comunicante une los compartimentos intracelulares de dos células adyacentes, lo que permite el tránsito de moléculas relativamente pequeñas.
  3. Una glicoproteína de la matriz extracelular y una proteína de membrana interactúan.

Además, en organismos unicelulares como las bacterias , la señalización yuxtacrina significa interacciones por contacto con la membrana. Se ha observado la señalización yuxtacrina para algunos factores de crecimiento , señales celulares de citocinas y quimiocinas , que desempeñan un papel importante en la respuesta inmune .

Receptores

Artículo principal: Receptor (bioquímica)
Principio de funcionamiento del receptor transmembrana

Las células reciben información de sus vecinas a través de una clase de proteínas conocidas como receptores . Los receptores pueden unirse con algunas moléculas (ligandos) o pueden interactuar con agentes físicos como luz, temperatura mecánica, presión, etc. La recepción ocurre cuando la célula objetivo (cualquier célula con una proteína receptora específica de la molécula de señal ) detecta una señal, generalmente en la forma de una molécula pequeña soluble en agua, mediante la unión a una proteína receptora en la superficie celular, o una vez dentro de la célula, la molécula de señalización puede unirse a receptores intracelulares , otros elementos o estimular la actividad enzimática (por ejemplo, gases), como en la señalización intracrina.

Las moléculas de señalización interactúan con una célula diana como ligando a los receptores de la superficie celular y / o entrando en la célula a través de su membrana o endocitosis para la señalización intracrina . Esto generalmente da como resultado la activación de segundos mensajeros , lo que lleva a varios efectos fisiológicos. En muchos mamíferos, las células embrionarias tempranas intercambian señales con las células del útero . [22] En el tracto gastrointestinal humano , las bacterias intercambian señales entre sí y con las células del sistema inmunológico y epitelial humano .[23] Para la levadura Saccharomyces cerevisiae durante el apareamiento , algunas células envían unaseñal peptídica ( feromonas del factor de apareamiento) a su entorno. El péptido del factor de apareamiento puede unirse a un receptor de la superficie celular en otras células de levadura e inducirlas a prepararse para el apareamiento. [24]

Receptores de superficie celular

Ver también: ligando (bioquímica) y cinética de receptor-ligando

Los receptores de la superficie celular juegan un papel esencial en los sistemas biológicos de organismos unicelulares y multicelulares y el mal funcionamiento o daño de estas proteínas se asocia con cáncer, enfermedades cardíacas y asma. [25] Estos receptores transmembrana son capaces de transmitir información desde el exterior de la célula hacia el interior porque cambian de conformación cuando un ligando específico se une a ella. Al mirar a tres tipos principales de receptores: los receptores de canal iónico con enlaces , receptores acoplados a proteína G , y los receptores ligados a enzimas ).

Receptores ligados a los canales de iones

El receptor AMPA unido a un antagonista del glutamato que muestra el dominio amino terminal, unión al ligando y transmembrana, PDB 3KG2

Los receptores unidos al canal de iones son un grupo de proteínas de canal de iones transmembrana que se abren para permitir que iones como Na + , K + , Ca 2+ y / o Cl - pasen a través de la membrana en respuesta a la unión de un mensajero químico ( es decir, un ligando ), como un neurotransmisor . [26] [27] [28]

Cuando una neurona presináptica se excita, libera un neurotransmisor de las vesículas hacia la hendidura sináptica . El neurotransmisor luego se une a los receptores ubicados en la neurona postsináptica . Si estos receptores son canales iónicos activados por ligando, un cambio conformacional resultante abre los canales iónicos, lo que conduce a un flujo de iones a través de la membrana celular. Esto, a su vez, da como resultado una despolarización , para una respuesta del receptor excitador, o una hiperpolarización , para una respuesta inhibitoria.

Estas proteínas receptoras se componen típicamente de al menos dos dominios diferentes: un dominio transmembrana que incluye el poro iónico y un dominio extracelular que incluye la ubicación de unión del ligando (un sitio de unión alostérico ). Esta modularidad ha permitido un enfoque de "divide y vencerás" para encontrar la estructura de las proteínas (cristalizando cada dominio por separado). La función de estos receptores ubicados en las sinapsis es convertir la señal química del neurotransmisor liberado presinápticamente de manera directa y muy rápida en una señal eléctrica postsináptica . Además, muchos LIC están modulados por ligandos alostéricos , bloqueadores de canales , iones, o el potencial de membrana . Los LIC se clasifican en tres superfamilias que carecen de relación evolutiva: receptores cys-loop , receptores ionotrópicos de glutamato y canales activados por ATP .

Receptores acoplados a proteína G

AG Receptor acoplado a proteínas dentro de la membrana plasmática.

Los receptores acoplados a proteínas G son un gran grupo de proteínas relacionadas evolutivamente que son receptores de la superficie celular que detectan moléculas fuera de la célula y activan respuestas celulares. Al acoplarse con proteínas G , se les llama receptores de siete transmembrana porque atraviesan la membrana celular siete veces. [29] Los ligandos pueden unirse al extremo N-terminal y a los bucles extracelulares (por ejemplo, receptores de glutamato) o al sitio de unión dentro de las hélices transmembrana (familia similar a la rodopsina). Todos son activados por agonistas aunque también se puede observar una autoactivación espontánea de un receptor vacío. [29]

Receptores acoplados a proteína G se encuentran sólo en eucariotas , incluyendo levaduras , coanoflagelados , [30] y los animales. Los ligandos que se unen y activan estos receptores incluyen compuestos sensibles a la luz, olores , feromonas , hormonas y neurotransmisores , y varían en tamaño desde moléculas pequeñas hasta péptidos y proteínas grandes . Los receptores acoplados a proteína G están involucrados en muchas enfermedades.

Hay dos vías principales de transducción de señales que involucran a los receptores acoplados a proteína G: la vía de la señal del AMPc y la vía de la señal del fosfatidilinositol . [31] Cuando un ligando se une al GPCR, provoca un cambio conformacional en el GPCR, lo que le permite actuar como factor de intercambio de nucleótidos de guanina (GEF). El GPCR puede entonces activar una proteína G asociada intercambiando el GDP unido a la proteína G por un GTP . La subunidad α de la proteína G, junto con el GTP unido, puede entonces disociarse de las subunidades β y γ para afectar aún más a las proteínas de señalización intracelular o proteínas funcionales diana directamente dependiendo del tipo de subunidad α ( Gαs , G αi / o , G αq / 11 , G α12 / 13 ). [32] : 1160

Los receptores acoplados a proteína G son un objetivo importante de los fármacos y aproximadamente el 34% [33] de todos los fármacos aprobados por la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) se dirigen a 108 miembros de esta familia. El volumen de ventas global de estos medicamentos se estima en 180 mil millones de dólares estadounidenses a partir de 2018 . [33]Se estima que los GPCR son objetivos para aproximadamente el 50% de los medicamentos actualmente en el mercado, principalmente debido a su participación en las vías de señalización relacionadas con muchas enfermedades, es decir, trastornos mentales, metabólicos, incluidos los endocrinológicos, inmunológicos, incluidas las infecciones virales, cardiovasculares, inflamatorios, trastornos de los sentidos, y cáncer. La asociación descubierta hace mucho tiempo entre los GPCR y muchas sustancias endógenas y exógenas, que da como resultado, por ejemplo, analgesia, es otro campo de investigación farmacéutica en desarrollo dinámico. [29]

Receptores ligados a enzimas

Los receptores de VEGF son un tipo de receptores acoplados a enzimas, específicamente los receptores de tirosina quinasa

Los receptores ligados a enzimas (o receptores catalíticos) son receptores transmembrana que, tras la activación por un ligando extracelular , provocan actividad enzimática en el lado intracelular. [34] Por tanto, un receptor catalítico es una proteína de membrana integral que posee funciones enzimáticas , catalíticas y receptoras . [35]

Tienen dos dominios importantes, un dominio de unión de ligando extracelular y un dominio intracelular, que tiene una función catalítica; y una única hélice transmembrana . La molécula de señalización se une al receptor en el exterior de la célula y provoca un cambio conformacional en la función catalítica ubicada en el receptor dentro de la célula. Ejemplos de actividad enzimática incluyen:

  • Receptor de tirosina quinasa , como en el receptor del factor de crecimiento de fibroblastos . La mayoría de los receptores ligados a enzimas son de este tipo. [36]
  • Proteína quinasa específica de serina / treonina , como en la proteína morfogenética ósea
  • Guanilato ciclasa , como en el receptor del factor natriurético auricular

Receptores intracelulares

Artículos principales: Receptor nuclear y dominio de unión al ADN.

Receptor de hormonas esteroides

Artículo principal: receptor de hormonas esteroides

Los receptores de hormonas esteroides se encuentran en el núcleo , el citosol y también en la membrana plasmática de las células diana. Generalmente son receptores intracelulares (típicamente citoplásmicos o nucleares) e inician la transducción de señales para las hormonas esteroides que conducen a cambios en la expresión génica durante un período de tiempo de horas a días. Los receptores de hormonas esteroides mejor estudiados son miembros de la subfamilia de receptores nucleares 3 (NR3) que incluye receptores de estrógeno (grupo NR3A) [37] y 3-cetoesteroides (grupo NR3C). [38] Además de los receptores nucleares, variosLos receptores acoplados a proteína G y los canales iónicos actúan como receptores de la superficie celular para ciertas hormonas esteroides.

Vías de transducción de señales

Más información: Transducción de señales y Lista de vías de señalización
Figura 3. Componentes clave de una vía de transducción de señales (se muestra la vía MAPK / ERK )

Cuando se une a la molécula de señalización, la proteína receptora cambia de alguna manera e inicia el proceso de transducción, que puede ocurrir en un solo paso o como una serie de cambios en una secuencia de diferentes moléculas (llamada vía de transducción de señales). Las moléculas que componen estas vías se conocen como moléculas de relevo. El proceso de múltiples pasos de la etapa de transducción a menudo se compone de la activación de proteínas mediante la adición o eliminación de grupos fosfato o incluso la liberación de otras moléculas pequeñas o iones que pueden actuar como mensajeros. La amplificación de una señal es uno de los beneficios de esta secuencia de múltiples pasos. Otros beneficios incluyen más oportunidades de regulación que los sistemas más simples y el ajuste fino de la respuesta, tanto en organismos unicelulares como multicelulares. [15]

En algunos casos, la activación del receptor causada por la unión del ligando a un receptor se acopla directamente a la respuesta de la célula al ligando. Por ejemplo, el neurotransmisor GABA puede activar un receptor de la superficie celular que forma parte de un canal iónico . La unión de GABA a un receptor GABA A en una neurona abre un canal iónico selectivo de cloruro que forma parte del receptor. La activación del receptor GABA A permite que los iones de cloruro cargados negativamente se muevan hacia la neurona, lo que inhibe la capacidad de la neurona para producir potenciales de acción.. Sin embargo, para muchos receptores de la superficie celular, las interacciones ligando-receptor no están directamente relacionadas con la respuesta de la célula. El receptor activado debe primero interactuar con otras proteínas dentro de la célula antes de que se produzca el efecto fisiológico final del ligando sobre el comportamiento de la célula. A menudo, el comportamiento de una cadena de varias proteínas celulares que interactúan se altera después de la activación del receptor. El conjunto completo de cambios celulares inducidos por la activación del receptor se denomina mecanismo o vía de transducción de señales . [39]

En la Figura 3 se muestra una vía de transducción de señales más compleja. Esta vía implica cambios en las interacciones proteína-proteína dentro de la célula, inducidos por una señal externa. Muchos factores de crecimiento se unen a receptores en la superficie celular y estimulan a las células para que progresen a través del ciclo celular y se dividan . Varios de estos receptores son quinasas que comienzan a fosforilarse a sí mismas y a otras proteínas cuando se unen a un ligando. Esta fosforilación puede generar un sitio de unión para una proteína diferente y así inducir la interacción proteína-proteína. En la Figura 3, el ligando (llamado factor de crecimiento epidérmico o EGF) se une al receptor (llamado EGFR). Esto activa el receptor para que se fosforile a sí mismo. El receptor fosforilado se une a una proteína adaptadora ( GRB2 ), que acopla la señal a procesos de señalización posteriores. Por ejemplo, una de las vías de transducción de señales que se activan se denomina vía de la proteína quinasa activada por mitógenos (MAPK). El componente de transducción de señales etiquetado como "MAPK" en la vía se llamaba originalmente "ERK", por lo que la vía se llama vía MAPK / ERK . La proteína MAPK es una enzima, una proteína quinasa que puede unir fosfato a proteínas diana como el factor de transcripción MYC.y, por tanto, alterar la transcripción génica y, en última instancia, la progresión del ciclo celular. Muchas proteínas celulares se activan aguas abajo de los receptores del factor de crecimiento (como EGFR) que inician esta vía de transducción de señales. [ cita requerida ]

Algunas vías de transducción de señalización responden de manera diferente, dependiendo de la cantidad de señalización recibida por la célula. Por ejemplo, la proteína hedgehog activa diferentes genes, dependiendo de la cantidad de proteína hedgehog presente. [ cita requerida ]

Las rutas complejas de transducción de señales de múltiples componentes brindan oportunidades para la retroalimentación, la amplificación de la señal y las interacciones dentro de una celda entre múltiples señales y rutas de señalización. [ cita requerida ]

Una respuesta celular específica es el resultado de la señal transducida en la etapa final de la señalización celular. Esta respuesta puede ser esencialmente cualquier actividad celular que esté presente en un cuerpo. Puede estimular la reordenación del citoesqueleto, o incluso como catálisis por una enzima. Estos tres pasos de la señalización celular aseguran que las células correctas se comporten como se les indica, en el momento correcto y en sincronización con otras células y con sus propias funciones dentro del organismo. Al final, el final de una vía de señal conduce a la regulación de una actividad celular. Esta respuesta puede tener lugar en el núcleo o en el citoplasma de la célula. La mayoría de las vías de señalización controlan la síntesis de proteínas activando y desactivando ciertos genes en el núcleo. [40]

En organismos unicelulares como las bacterias, la señalización se puede utilizar para "activar" pares desde un estado inactivo , mejorar la virulencia , defenderse de los bacteriófagos , etc. [41] En la detección de quórum , que también se encuentra en insectos sociales, la multiplicidad de señales individuales tiene la potencialidad de crear un ciclo de retroalimentación positiva, generando una respuesta coordinada. En este contexto, las moléculas de señalización se denominan autoinductores . [42] [43] [44] Este mecanismo de señalización puede haber estado involucrado en la evolución de organismos unicelulares a multicelulares. [42] [45]Las bacterias también utilizan la señalización dependiente del contacto, especialmente para limitar su crecimiento. [46]

Las moléculas de señalización utilizadas por los organismos multicelulares a menudo se denominan feromonas . Pueden tener propósitos tales como alertar contra el peligro, indicar el suministro de alimentos o ayudar en la reproducción. [47]

Respuestas celulares a corto plazo

Breve descripción general de algunas vías de señalización (basadas en familias de receptores) que dan como resultado respuestas celulares de acción corta
Familia de receptoresEjemplo de ligandos / activadores (soporte: receptor para él)Ejemplo de efectoresEfectos posteriores adicionales
Canales de iones controlados por ligandoAcetilcolina
(como el receptor nicotínico de acetilcolina ),		Cambios en la permeabilidad de la membrana.Cambio en el potencial de membrana
Receptor de siete hélicesLuz ( rodopsina ),
dopamina ( receptor de dopamina ),
GABA ( receptor de GABA ),
prostaglandina ( receptor de prostaglandina ), etc.		Proteína G triméricaAdenilato ciclasa ,
cGMP fosfodiesterasa,
canal iónico controlado por proteína G , etc.
Dos componentesActivadores diversosHistidina quinasaRegulador de respuesta: movimiento flagelar, expresión genética
Guanilil ciclasa de membranaPéptido natriurético auricular ,
péptido de huevo de erizo de mar , etc.		cGMPRegulación de quinasas y canales- Acciones diversas
Guanilil ciclasa citoplasmáticaÓxido nítrico ( receptor de óxido nítrico )cGMPRegulación de canales gated cGMP, quinasas
IntegrinasFibronectinas , otras proteínas de la matriz extracelularTirosina quinasa no receptoraRespuesta diversa

. [48] [49]

Regulación de la actividad genética

Vías de transducción de señales que conducen a una respuesta celular.
Breve descripción general de algunas vías de señalización (basadas en familias de receptores) que controlan la actividad de los genes
Frizzled (tipo especial de receptor 7Helix)WntDesaliñado , axina - APC, GSK3-beta - Beta cateninaLa expresion genica
Dos componentesActivadores diversosHistidina quinasaRegulador de respuesta: movimiento flagelar, expresión genética
Receptor de tirosina quinasaInsulina ( receptor de insulina ),
EGF ( receptor de EGF ),
FGF- Alfa, FGF-Beta, etc. ( receptores de FGF )		Ras , MAP-quinasas , PLC , PI3-QuinasaCambio de expresión genética
Receptores de citocinasEritropoyetina,
hormona de crecimiento ( receptor de hormona de crecimiento ),
IFN-Gamma ( receptor de IFN-Gamma ), etc.		Quinasa JAKFactor de transcripción STAT - Expresión genética
Receptores ligados a tirosina quinasaComplejo MHC-péptido - TCR, Antígenos - BCRTirosina quinasa citoplasmáticaLa expresion genica
Receptor de serina / treonina quinasaActivina ( receptor de activina ),
inhibina ,
proteína morfogenética ósea ( receptor de BMP ),
TGF-beta		Factores de transcripción de SmadControl de la expresión génica
Receptores ligados a esfingomielinasaIL-1 ( receptor de IL-1 ),
TNF ( receptores de TNF )		Quinasas activadas con ceramidaLa expresion genica
Receptores de esteroides citoplasmáticosHormonas esteroides , hormonas
tiroideas ,
ácido retinoico, etc.		Trabajar como / interactuar con factores de transcripciónLa expresion genica

. [50] [51]

Vía de señalización de muesca

Notch es una proteína de la superficie celular que funciona como receptor. Los animales tienen un pequeño conjunto de genes que codifican proteínas de señalización que interactúan específicamente con los receptores Notch y estimulan una respuesta en las células que expresan Notch en su superficie. Las moléculas que activan (o, en algunos casos, inhiben) los receptores pueden clasificarse en hormonas, neurotransmisores , citocinas y factores de crecimiento , en general denominados ligandos de receptores . Se sabe que las interacciones ligando-receptor, como la interacción del receptor Notch, son las principales interacciones responsables de los mecanismos de señalización celular y la comunicación. [52] muescaactúa como receptor de ligandos que se expresan en células adyacentes. Si bien algunos receptores son proteínas de la superficie celular, otros se encuentran dentro de las células. Por ejemplo, el estrógeno es una molécula hidrófoba que puede atravesar la bicapa lipídica de las membranas . Como parte del sistema endocrino , los receptores de estrógenos intracelulares de una variedad de tipos de células pueden ser activados por el estrógeno producido en los ovarios .

En el caso de la señalización mediada por Notch, el mecanismo de transducción de señales puede ser relativamente simple. Como se muestra en la Figura 2, la activación de Notch puede hacer que la proteína Notch sea alterada por una proteasa . Parte de la proteína Notch se libera de la membrana de la superficie celular y participa en la regulación genética . La investigación de la señalización celular implica estudiar la dinámica espacial y temporal de ambos receptores y los componentes de las vías de señalización que son activadas por receptores en varios tipos de células. [53] [54] Los métodos emergentes para el análisis de espectrometría de masas unicelular prometen permitir el estudio de la transducción de señales con resolución unicelular. [55]

En la señalización de muesca , el contacto directo entre las células permite un control preciso de la diferenciación celular durante el desarrollo embrionario. En el gusano Caenorhabditis elegans , dos células de la gónada en desarrollo tienen cada una la misma probabilidad de diferenciarse terminalmente o convertirse en una célula precursora uterina que continúa dividiéndose. La elección de qué célula continúa dividiéndose está controlada por la competencia de las señales de la superficie celular. Una célula producirá más de una proteína de la superficie celular que activa el receptor Notch en la célula adyacente. Esto activa un bucle de retroalimentacióno sistema que reduce la expresión de Notch en la célula que se diferenciará y que aumenta Notch en la superficie de la célula que continúa como célula madre . [56]

Ver también

  • Proteína de andamio
  • Biosemióticos
  • Cognición celular molecular
  • Diafonía (biología)
  • Vesículas de la membrana externa bacteriana
  • Tráfico de vesículas de membrana
  • Interfaz huésped-patógeno
  • Ácido retinoico
  • Vía de señalización JAK-STAT
  • Camino de Imd
  • Señal de localización
  • Dinámica proteica
  • Biologia de sistemas
  • Señalización de lípidos
  • Señalización redox
  • Cell Signaling Technology , una empresa de desarrollo y producción de anticuerpos
  • Netpath : un recurso curado de vías de transducción de señales en humanos
  • Lenguaje abierto de biología sintética
  • Redes a nanoescala : aprovechando la señalización biológica para construir redes de comunicación in vivo ad hoc
  • Modelo de solitón en neurociencia: comunicación física a través de ondas sonoras en membranas

Referencias

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Otras lecturas

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enlaces externos

  • Base de datos de interacción NCI-Nature Pathway : información autorizada sobre las vías de señalización en las células humanas.
  • Intercelular + Señalización + Péptidos + y + Proteínas en los Encabezamientos de Materia Médica (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .
  • Cell + Communication en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .
  • Proyecto de vías de señalización : base de conocimientos de generación de hipótesis de señalización celular construida utilizando conjuntos de datos transcriptómicos archivados biocurados y ChIP-Seq
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