En biología molecular , la ultrasensibilidad describe una respuesta de salida que es más sensible al cambio de estímulo que la respuesta hiperbólica de Michaelis-Menten . La ultrasensibilidad es uno de los interruptores bioquímicos en el ciclo celular y ha estado implicada en una serie de eventos celulares importantes, incluidas las paradas del ciclo celular G2 en los ovocitos de Xenopus laevis , una etapa a la que la célula u organismo no querría regresar. [1]
La ultrasensibilidad es un sistema celular que desencadena la entrada a un estado celular diferente. [2] La ultrasensibilidad da una pequeña respuesta a la primera señal de entrada, pero un aumento en la señal de entrada produce niveles de salida cada vez más altos. Esto actúa para filtrar el ruido, ya que pequeños estímulos y concentraciones umbral del estímulo (señal de entrada) son necesarios para el disparador, lo que permite que el sistema se active rápidamente. [3] Las respuestas ultrasensibles están representadas por gráficos sigmoidales, que se asemejan a la cooperatividad . La cuantificación de la ultrasensibilidad a menudo se realiza aproximadamente mediante la ecuación de Hill :
Donde el coeficiente de Hill (n) puede representar una medida cuantitativa de la respuesta ultrasensible. [4]
Desarrollo historico
La ultrasensibilidad de orden cero fue descrita por primera vez por Albert Goldbeter y Daniel Koshland, Jr. en 1981 en un artículo publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences . [5] Demostraron usando modelos matemáticos que la modificación de enzimas que operan fuera de la cinética de primer orden requería solo pequeños cambios en la concentración del efector para producir cambios más grandes en la cantidad de proteína modificada. Esta amplificación proporcionó una sensibilidad adicional en el control biológico e implicó la importancia de esto en muchos sistemas biológicos.
Muchos procesos biológicos son binarios (ON-OFF), como las decisiones sobre el destino celular, [6] estados metabólicos y vías de señalización. La ultrasensibilidad es un interruptor que ayuda a la toma de decisiones en dichos procesos biológicos. [7] Por ejemplo, en un proceso apoptótico, un modelo mostró que una retroalimentación positiva de la inhibición de caspasa 3 (Casp3) y Casp9 por inhibidores de apoptosis puede provocar ultrasensibilidad (biestabilidad). Esta retroalimentación positiva coopera con la escisión por retroalimentación de Casp9 mediada por Casp3 para generar irreversibilidad en la activación de caspasa (encendido), lo que conduce a la apoptosis celular. [8] Otro modelo también mostró controles de retroalimentación positiva similares pero diferentes en las proteínas de la familia Bcl-2 en el proceso apoptótico. [9]
Recientemente, Jeyeraman et al. han propuesto que el fenómeno de la ultrasensibilidad se puede subdividir en tres subregímenes, separados por valores de umbral de estímulo agudos: APAGADO, APAGADO-ENCENDIDO-APAGADO y ENCENDIDO. Basándose en su modelo, propusieron que este sub-régimen de ultrasensibilidad, OFF-ON-OFF, es como una adaptación similar a un interruptor que puede lograrse acoplando N ciclos de fosforilación-desfosforilación unidireccionalmente, sin ningún bucle de retroalimentación explícito. [10]
Otro trabajo reciente ha enfatizado que no solo la topología de las redes es importante para crear respuestas de ultrasensibilidad, sino que su composición (enzimas versus factores de transcripción) afecta fuertemente si exhibirán una ultrasensibilidad robusta. El modelado matemático sugiere para una amplia gama de topologías de red que una combinación de enzimas y factores de transcripción tiende a proporcionar una ultransensibilidad más robusta que la observada en redes compuestas completamente por factores de transcripción o compuestas completamente por enzimas. [11]
Mecanismos
La ultrasensibilidad se puede lograr a través de varios mecanismos:
- Mecanismos de múltiples pasos (ejemplos: cooperatividad) [12] y fosforilación en múltiples sitios [13]
- Mecanismos de amortiguación (ejemplos: sitios de fosforilación señuelo) [14] o inhibidores estequiométricos [15]
- Cambios en la localización (como la translocación a través de la envoltura nuclear)
- Mecanismos de saturación (también conocidos como ultrasensibilidad de orden cero) [16]
- Comentarios positivos [17]
- Alovalencia
- Ultrasensibilidad de orden no cero en proteínas de membrana
- Alosterio disipativo
Mecanismos de varios pasos
La ultrasensibilidad multipaso se produce cuando un único efector actúa en varios pasos en cascada. [18] Las señales en cascada sucesivas pueden provocar la introducción de niveles más altos de ruido en la señal que pueden interferir con la salida final. Esto es especialmente relevante para grandes cascadas, como el sistema regulador flagelar en el que la señal del regulador maestro se transmite a través de múltiples reguladores intermedios antes de activar la transcripción. [19] La ultrasensibilidad en cascada puede reducir el ruido y, por lo tanto, requiere menos entrada para la activación. [12] Además, los eventos de fosforilación múltiple son un ejemplo de ultrasensibilidad. Un modelo reciente ha demostrado que múltiples sitios de fosforilación en proteínas de membrana podrían servir para saturar localmente la actividad enzimática. Las proteínas de la membrana tienen una movilidad muy reducida en comparación con las del citoplasma, lo que significa que una enzima unida a la membrana que actúa sobre una proteína de membrana tardará más en difundirse. Con la adición de múltiples sitios de fosforilación sobre el sustrato de la membrana, la enzima puede, mediante una combinación de mayor concentración local de enzima y mayor cantidad de sustratos, alcanzar rápidamente la saturación. [20]
Mecanismos de amortiguación
Los mecanismos amortiguadores como la titulación molecular pueden generar ultrasensibilidad. In vitro , esto se puede observar por el mecanismo simple:
Donde la forma monomérica de A es activa y puede inactivarse uniendo B para formar el heterodímero AB. Cuando la concentración de (= [B] + [AB]) es mucho mayor que el , este sistema presenta un umbral determinado por la concentración de . [21] A concentraciones de (= [A] + [AB]), menor que , B actúa como un búfer para liberar A y casi todo A se encontrará como AB. Sin embargo, en el punto de equivalencia, cuando ≈ , ya no puede amortiguar el aumento de , por lo que un pequeño aumento en provoca un gran aumento de A. [22] La fuerza de la ultrasensibilidad de [A] a los cambios en Esta determinado por /. [22] La ultrasensibilidad ocurre cuando esta proporción es mayor que uno y aumenta a medida que aumenta la proporción. Por encima del punto de equivalencia,y A están nuevamente relacionados linealmente. In vivo , la síntesis de A y B, así como la degradación de los tres componentes, complica la generación de ultrasensibilidad. Si las velocidades de síntesis de A y B son iguales, este sistema todavía exhibe ultrasensibilidad en el punto de equivalencia. [22]
Un ejemplo de mecanismo de amortiguación es el secuestro de proteínas, que es un mecanismo común que se encuentra en las redes de señalización y regulación. [23] En 2009, Buchler y Cross construyeron una red genética sintética que fue regulada por el secuestro de proteínas de un activador transcripcional por un inhibidor dominante negativo. Demostraron que este sistema da como resultado una respuesta ultrasensible flexible en la expresión génica. Es flexible porque el grado de ultrasensibilidad se puede alterar cambiando los niveles de expresión del inhibidor dominante negativo. La Figura 1 de su artículo ilustra cómo un inhibidor puede secuestrar un factor de transcripción activo en el complejo inactivo AB que no puede unirse al ADN. Este tipo de mecanismo da como resultado una respuesta de "todo o nada", o ultransensibilidad, cuando la concentración de la proteína reguladora aumenta hasta el punto de agotar el inhibidor. Existe un búfer robusto contra una respuesta por debajo de este umbral de concentración, y cuando se alcanza, cualquier pequeño aumento en la entrada se amplifica en un gran cambio en la salida. [ cita requerida ]
Cambios en la localización
Translocación
La transducción de señales está regulada de varias formas y una de ellas es la translocación. La translocación regulada genera una respuesta ultrasensible principalmente de tres formas:
- La translocación regulada aumenta la concentración local de la proteína de señalización. Cuando la concentración de la proteína de señalización es lo suficientemente alta como para saturar parcialmente la enzima que la inactiva, se genera una respuesta ultrasensible.
- Translocación de múltiples componentes de la cascada de señalización, donde el estímulo (señal de entrada) provoca la translocación tanto de la proteína de señalización como de su activador en el mismo compartimento subcelular y, por lo tanto, genera una respuesta ultrasensible que aumenta la velocidad y precisión de la señal.
- Translocación al compartimento que contiene inhibidores estequiométricos. [4]
La translocación es una forma de regular la transducción de señales y puede generar respuestas ultrasensibles de tipo interruptor o mecanismos de bucle de retroalimentación de varios pasos. Se producirá una respuesta similar a un interruptor si la translocación aumenta la concentración local de una proteína de señalización. Por ejemplo, los receptores del factor de crecimiento epidérmico (EGF) se pueden internalizar mediante endocitosis independiente de clatrina (CIE) y / o endocitosis dependiente de clatrina (CDE) de una manera dependiente de la concentración de ligando. Se demostró que la distribución de receptores en las dos vías depende de la concentración de EGF. En presencia de bajas concentraciones de EGF, el receptor se internalizó exclusivamente a través de CDE, mientras que a altas concentraciones, los receptores se distribuyeron por igual entre CDE y CIE. [4] [24]
Mecanismos de saturación (ultrasensibilidad de orden cero)
La ultrasensibilidad de orden cero tiene lugar en condiciones de saturación. [25] Por ejemplo, considere un paso enzimático con una quinasa, fosfatasa y sustrato. Los niveles en estado estacionario del sustrato fosforilado tienen una respuesta ultrasensible cuando hay suficiente sustrato para saturar todas las quinasas y fosfatasas disponibles. [25] [26] En estas condiciones, pequeños cambios en la relación entre la actividad quinasa y la fosfatasa pueden cambiar drásticamente el número de sustrato fosforilado (para ver un gráfico que ilustra este comportamiento, consulte [5] ). Esta mejora en la sensibilidad del sustrato fosforilado en estado estacionario a Km, o la relación entre la actividad quinasa y la fosfatasa, se denomina orden cero para distinguirla del comportamiento de primer orden descrito por la dinámica de Michaelis-Menten, donde la concentración en estado estacionario responde de una manera más de manera gradual que el comportamiento similar al de un interruptor exhibido en ultrasensibilidad. [18]
Usando la notación de Goldbeter & Koshland, [5] sea W una cierta proteína de sustrato y sea W 'una versión modificada covalentemente de W. La conversión de W en W' es catalizada por alguna enzima y la conversión inversa de W 'a W es catalizada por una segunda enzima según las siguientes ecuaciones:
Se supone que las concentraciones de todos los componentes necesarios (como ATP) son constantes y están representadas en las constantes cinéticas. Usando las ecuaciones químicas anteriores, las ecuaciones de velocidad de reacción para cada componente son:
La concentración total de cada componente viene dada por:
El mecanismo de orden cero asume que el o . En otras palabras, el sistema está en un estado estable de Michaelis-Menten, lo que significa, en una buena aproximación, y son constantes. A partir de estas expresiones cinéticas se puede resolver en la definición de estado estable y
dónde y
Cuando el se representa frente a la relación molar y Se puede ver que la conversión de W a W 'ocurre con un cambio mucho menor en la relación de lo que sería en condiciones de primer orden (no saturación), que es el signo revelador de ultrasensibilidad.
Retroalimentación positiva
Los bucles de retroalimentación positiva pueden causar respuestas ultrasensibles. Un ejemplo de esto se ve en la transcripción de ciertos genes eucariotas en los que la unión no cooperativa del factor de transcripción cambia los bucles de retroalimentación positiva de la modificación de la histona que da como resultado una activación ultrasensible de la transcripción. La unión de un factor de transcripción recluta histonas acetiltransferasas y metiltransferasas. La acetilación y metilación de histonas recluta más acetiltransferasas y metiltransferasas, lo que da como resultado un ciclo de retroalimentación positiva. En última instancia, esto da como resultado la activación de la transcripción. [17]
Además, la retroalimentación positiva puede inducir la biestabilidad en la ciclina B1 , por los dos reguladores Wee1 y Cdc25C, lo que lleva a la decisión de la célula de comprometerse con la mitosis. El sistema no puede ser estable a niveles intermedios de Ciclina B1, y la transición entre los dos estados estables es abrupta cuando los niveles crecientes de Ciclina B1 cambian el sistema de actividad baja a alta. Exhibiendo histéresis , para diferentes niveles de Ciclina B1, los cambios de estado bajo a alto y alto a bajo varían. [27] Sin embargo, la aparición de un sistema biestable está muy influenciada por la sensibilidad de sus circuitos de retroalimentación. Se ha demostrado en extractos de huevo de Xenopus que la hiperfosforilación de Cdc25C es una función altamente ultrasensible de la actividad de Cdk, que muestra un alto valor del coeficiente de Hill (aproximadamente 11) y el paso de desfosforilación de Ser 287 en Cdc25C (también involucrado en la activación de Cdc25C). es aún más ultrasensible, mostrando un coeficiente de Hill de aproximadamente 32. [28]
Alovalencia
Un mecanismo propuesto de ultrasensibilidad, llamado alovalencia, sugiere que la actividad "se deriva de una alta concentración local de sitios de interacción que se mueven independientemente unos de otros" [29]. La alovalencia se propuso por primera vez cuando se creía que se producía en la vía en la que Sic1 se degrada. para que Cdk1 -Clb ( ciclinas de tipo B ) permita la entrada en la mitosis. Sic1 debe fosforilarse varias veces para ser reconocido y degradado por Cdc4 del complejo SCF . [30] Dado que Cdc4 solo tiene un sitio de reconocimiento para estos residuos fosforilados, se sugirió que a medida que aumenta la cantidad de fosforilación, aumenta exponencialmente la probabilidad de que Sic1 sea reconocido y degradado por Cdc4. Se pensó que este tipo de interacción era relativamente inmune a la pérdida de cualquier sitio y se ajustaba fácilmente a cualquier umbral dado ajustando las propiedades de los sitios individuales. Las suposiciones para el mecanismo de alovalencia se basaron en un modelo matemático general que describe la interacción entre un ligando desordenado polivalente y un sitio receptor único [29]. Más tarde se descubrió que la ultrasentividad en los niveles de Cdk1 por desagregación de Sic1 se debe, de hecho, a un resultado positivo Bucle de retroalimentación. [31]
Ultrasensibilidad de orden no cero en proteínas de membrana
Modelado por Dushek et al. [32] propone un posible mecanismo de ultrasensibilidad fuera del régimen de orden cero. Para el caso de las enzimas unidas a la membrana que actúan sobre sustratos unidos a la membrana con múltiples sitios enzimáticos (como los receptores fosforilados de tirosina como el receptor de células T), se podrían observar respuestas ultrasensibles, que dependen de manera crucial de tres factores: 1) difusión limitada en la membrana, 2) múltiples sitios de unión en el sustrato y 3) breve inactivación enzimática después de la catálisis.
En estas condiciones particulares, aunque la enzima puede estar en exceso del sustrato (régimen de primer orden), la enzima está efectivamente saturada localmente con sustrato debido a los múltiples sitios de unión, lo que conduce a respuestas de tipo interruptor. Este mecanismo de ultrasensibilidad es independiente de la concentración de enzima, sin embargo, la señal se mejora significativamente dependiendo del número de sitios de unión en el sustrato. [32] Ambos factores condicionales (difusión limitada e inactivación) son fisiológicamente plausibles, pero aún no se han confirmado experimentalmente. El modelado de Dushek encontró un aumento en los números de cooperatividad de Hill con más sitios de sustrato (sitios de fosforilación) y con un mayor impedimento estérico / difusional entre la enzima y el sustrato. Este mecanismo de ultrasensibilidad basado en la saturación enzimática local surge en parte de las propiedades pasivas de difusión lenta por membrana y, por lo tanto, puede ser de aplicación general.
Alosterio disipativo
Se ha propuesto que el motor flagelar bacteriano siga un modelo alostérico disipativo, donde la ultrasensibilidad se presenta como una combinación de afinidad de unión a proteínas y contribuciones de energía de la fuerza motriz del protón (ver Motores flagelares y quimiotaxis más adelante).
Impacto de los componentes ascendentes y descendentes en la ultrasensibilidad del módulo
En una célula viva, los módulos ultrasensibles están integrados en una red más grande con componentes ascendentes y descendentes. Estos componentes pueden limitar el rango de entradas que recibirá el módulo, así como el rango de salidas del módulo que la red podrá detectar. Altszyler y col. (2014) [33] estudiaron cómo la ultrasensibilidad efectiva de un sistema modular se ve afectada por estas restricciones. Encontraron, para algunos motivos ultrasensibles, que las limitaciones de rango dinámico impuestas por los componentes posteriores pueden producir sensibilidades efectivas mucho mayores que las del módulo original cuando se consideran de forma aislada.
Coeficiente de colina
El comportamiento ultrasensible suele estar representado por una curva sigmoidea, como pequeñas alteraciones en el estímulo. puede desencadenar grandes cambios en la respuesta . Una de esas relaciones es la ecuación de Hill :
dónde es el coeficiente de Hill que cuantifica la inclinación de la curva de estímulo-respuesta sigmoidal y, por tanto, es un parámetro de sensibilidad. A menudo se utiliza para evaluar la cooperatividad de un sistema. Un coeficiente de Hill mayor que uno es indicativo de cooperatividad positiva y, por lo tanto, el sistema exhibe ultrasensibilidad. [34] Los sistemas con un coeficiente de Hill de 1 no cooperan y siguen la cinética clásica de Michaelis-Menten. Las enzimas que exhiben actividad no cooperativa están representadas por curvas de estímulo / respuesta hiperbólicas, en comparación con las curvas sigmoideas para las enzimas cooperativas (ultrasensibles). [35] En la señalización de la proteína quinasa activada por mitógenos (MAPK) (ver ejemplo a continuación), la ultrasensibilidad de la señalización está respaldada por la curva de estímulo / respuesta sigmoidal que es comparable a una enzima con un coeficiente de Hill de 4.0-5.0. Esto es aún más ultrasensible a la actividad de unión cooperativa de la hemoglobina, que tiene un coeficiente de Hill de 2,8. [35]
Cálculo
Desde un punto de vista operativo, el coeficiente de Hill se puede calcular como:
- .
dónde y son los valores de entrada necesarios para producir el 10% y el 90% de la respuesta máxima, respectivamente.
Coeficiente de respuesta
La medida de sensibilidad global como el coeficiente de Hill no caracteriza los comportamientos locales de las curvas en forma de s. En cambio, estas características están bien capturadas por la medida del coeficiente de respuesta [36] definida como:
Vínculo entre el coeficiente de Hill y el coeficiente de respuesta
Altszyler y col. (2017) han demostrado que estas medidas de ultrasensibilidad pueden vincularse mediante la siguiente ecuación: [37]
dónde denota el valor medio de la variable x en el rango [a, b].
Ultrasensibilidad en la composición de funciones
Considere dos módulos ultrasensibles acoplados, sin tener en cuenta los efectos del secuestro de componentes moleculares entre capas. En este caso, la expresión de la curva dosis-respuesta del sistema,, resulta de la composición matemática de las funciones, , que describen la relación entrada / salida de módulos aislados :
Brown y col. (1997) [38] han demostrado que la ultrasensibilidad local de las diferentes capas se combina multiplicativamente:
- .
En relación con este resultado, Ferrell et al. (1997) [39] mostró, para los módulos de tipo Hill, que la ultrasensibilidad global en cascada global tenía que ser menor o igual al producto de las estimaciones de ultrasensibilidad global de la capa de cada cascada,
- ,
dónde y son el coeficiente de Hill de los módulos 1 y 2 respectivamente.
Altszyler y col. (2017) [37] han demostrado que la ultrasensibilidad global de la cascada se puede calcular analíticamente:
dónde y delimitó el rango de trabajo de la entrada Hill del sistema compuesto, es decir, los valores de entrada para la capa i de modo que la última capa (correspondiente a en este caso) alcanzó el 10% y el 90% de su nivel máximo de producción. Siguió esta ecuación que el coeficiente de Hill del sistema podría escribirse como el producto de dos factores, y , que caracterizó las sensibilidades promedio locales sobre la región de entrada relevante para cada capa: , con en este caso.
Para el caso más general de una cascada de módulos, el coeficiente de Hill se puede expresar como:
- ,
Supramultiplicatividad
Varios autores han informado de la existencia de un comportamiento supramultiplicativo en las cascadas de señalización [40] [33] (es decir, la ultrasensibilidad de la combinación de capas es mayor que el producto de las ultrasensibilidades individuales), pero en muchos casos el origen último de la supramultiplicatividad sigue siendo difícil de alcanzar. Altszyler y col. (2017) [37] naturalmente sugirió un escenario general en el que podría tener lugar un comportamiento supramultiplicativo. Esto podría ocurrir cuando, para un módulo dado, el rango de trabajo de entrada de Hill correspondiente se ubicó en una región de entrada con ultrasensibilidades locales más altas que la ultrasensibilidad global de la respectiva curva de dosis-respuesta.
Papel en los procesos celulares
Cascada de señalización de cinasa MAP
Un motivo de señalización ubicuo que exhibe ultrasensibilidad es la cascada MAPK ( proteína quinasa activada por mitógenos ), que puede tomar una señal de entrada graduada y producir una salida similar a un interruptor, como la transcripción de genes o la progresión del ciclo celular . En este motivo común, MAPK es activada por una quinasa anterior en la cascada, llamada MAPK quinasa o MAPKK. De manera similar, MAPKK es activado por MAPKK quinasa, o MAPKKK. Estas quinasas se fosforilan secuencialmente cuando se activa MAPKKK, generalmente a través de una señal recibida por una proteína receptora unida a la membrana. MAPKKK activa MAPKK y MAPKK activa MAPK. [35] La ultrasensibilidad surge en este sistema debido a varias características:
- Tanto MAPK como MAPKK requieren la activación de dos eventos de fosforilación separados.
- La inversión de la fosforilación de MAPK por fosfatasas específicas requiere una concentración creciente de señales de activación de cada quinasa anterior para lograr una salida de la misma magnitud.
- La MAPKK está a una concentración superior a la K Μ para su fosfatasa específica y la MAPK está a una concentración superior a la K Μ para MAPKK.
Además de la cascada de MAPK, también se ha informado de ultrasensibilidad en la glucólisis muscular, en la fosforilación de la isocitrato deshidrogenasa y en la activación de la proteína quinasa II dependiente de calmodulina (CAMKII). [34]
Se ha diseñado un interruptor ultrasensible combinando una proteína de señalización lineal simple (N-WASP) con uno a cinco módulos de interacción SH3 que tienen propiedades autoinhibidoras y cooperativas. La adición de un solo módulo SH3 creó un interruptor que se activó de forma lineal por el péptido de unión a SH3 exógeno. El número creciente de dominios aumentó la ultrasensibilidad. Se activó una construcción con tres módulos SH3 con un coeficiente Hill aparente de 2,7 y una construcción con cinco módulos SH3 se activó con un coeficiente Hill aparente de 3,9. [41]
Translocación
Durante la fase G2 del ciclo celular, Cdk1 y ciclina B1 forman un complejo y forman un factor promotor de la maduración (MPF). El complejo se acumula en el núcleo debido a la fosforilación de la ciclina B1 en múltiples sitios, lo que inhibe la exportación nuclear del complejo. La fosforilación de los residuos Thr19 y Tyr15 de Cdk1 por Wee1 y MYT1 mantiene el complejo inactivo e inhibe la entrada en mitosis, mientras que la desfosforilación de Cdk1 por la fosfatasa CDC25C en los residuos Thr19 y Tyr15 activa el complejo necesario para entrar en la mitosis. La fosfatasa Cdc25C está presente en el citoplasma y en la fase G2 tardía se transloca al núcleo mediante señales como PIK1, [42] PIK3. [43] La translocación regulada y la acumulación de los múltiples componentes requeridos en cascada de señalización, MPF y su activador Cdc25, en el núcleo genera una activación eficiente del MPF y produce una entrada ultrasensible en la mitosis similar a un interruptor. [4]
La figura [4] muestra diferentes mecanismos posibles de cómo una mayor regulación de la localización de los componentes de señalización por el estímulo (señal de entrada) cambia la salida de la respuesta de Michaelian a la respuesta ultrasensible. Cuando el estímulo regula solo la inhibición de la exportación nuclear de Cdk1-ciclinaB1, el resultado es la respuesta de Michaelian, Fig (a). Pero si el estímulo puede regular la localización de múltiples componentes de la cascada de señalización, es decir, la inhibición de la exportación nuclear de Cdk1-ciclinaB1 y la translocación de Cdc25C al núcleo, entonces el resultado es una respuesta ultrasensible, Fig (b). A medida que el estímulo regula y localiza más componentes de la cascada de señalización, es decir, la inhibición de la exportación nuclear de Cdk1-ciclinaB1, la translocación de Cdc25C al núcleo y la activación de Cdc25C, la respuesta de salida se vuelve cada vez más ultrasensible, Fig (c) . [4]
Buffering (señuelo)
Durante la mitosis , la orientación del huso mitótico es esencial para determinar el sitio del surco de escisión y la posición de las células hijas para la posterior determinación del destino celular . [44] Esta orientación se logra polarizando factores corticales y alineando rápidamente el huso con el eje de polaridad. En las moscas de la fruta, se han encontrado tres factores corticales que regulan la posición del huso: la subunidad α de la proteína G heterotrimérica (Gαi), [45] Compañero de Inscuteable (Pines), [46] y Defecto corporal en forma de hongo (Barro). [47] Gαi se localiza en la corteza apical para reclutar Pines. Al unirse a Gαi unido a GDP, Pins se activa y recluta Mud para lograr una distribución polarizada de factores corticales. [48] Las repeticiones tetratricopéptido N-terminal (TPR) en Pins son la región de unión para Mud, pero son autoinhibidas por dominios GoLoco (GL) C-terminales intrínsecos en ausencia de Gαi. [49] [50] La activación de los pines mediante la unión de Gαi a GL es altamente ultrasensible y se logra mediante el siguiente mecanismo de señuelo: [14] Los GL 1 y 2 actúan como dominios señuelo, compitiendo con el dominio regulador, GL3, por las entradas de Gαi. . Este mecanismo de señuelo intramolecular permite a los Pines establecer su umbral y pendiente en respuesta a una concentración distinta de Gαi. En entradas de Gαi bajas, los GL 1 y 2 señuelo se unen preferentemente. A una concentración intermedia de Gαi, los señuelos están casi saturados y GL3 comienza a poblarse. A una concentración más alta de Gαi, los señuelos están completamente saturados y Gαi se une a GL3, lo que lleva a la activación de Pins. La ultrasensibilidad de los pines en respuesta a Gαi asegura que los pines se activen solo en la corteza apical donde la concentración de Gαi está por encima del umbral, lo que permite un reclutamiento máximo de barro. [ cita requerida ]
Comportamiento de conmutación de GTPasas
Las GTPasas son enzimas capaces de unirse e hidrolizar el trifosfato de guanosina (GTP). Las pequeñas GTPasas, como Ran y Ras, pueden existir en una forma unida a GTP (activa) o una forma unida a GDP (inactiva), y la conversión entre estas dos formas les otorga un comportamiento similar al de un interruptor. [51] Como tal, las pequeñas GTPasas están involucradas en múltiples eventos celulares, incluida la translocación nuclear y la señalización. [52] La transición entre los estados activo e inactivo es facilitada por factores de intercambio de nucleótidos de guanina (GEF) y proteínas activadoras de GTPasa (GAP). [53]
Los estudios computacionales sobre el comportamiento de conmutación de GTPasas han revelado que el sistema GTPase-GAP-GEF muestra ultrasensibilidad. [54] En su estudio, Lipshtat et al. simularon los efectos de los niveles de activación de GEF y GAP en la red de señalización de activación de Rap en respuesta a las señales de los receptores α2-adrenérgicos (α2R) activados, que conducen a la degradación del Rap GAP activado. Descubrieron que el comportamiento de conmutación de la activación de Rap era ultrasensible a los cambios en la concentración (es decir, la amplitud) y la duración de la señal α2R, lo que arrojaba coeficientes de Hill de nH = 2.9 y nH = 1.7, respectivamente (un coeficiente de Hill mayor que nH = 1 es característico de la ultrasensibilidad [55] ). Los autores confirmaron esto experimentalmente al tratar neuroblastos con HU-210, que activa RAP a través de la degradación de Rap GAP. La ultrasensibilidad se observó tanto de una manera dependiente de la dosis (nH = 5 ± 0,2), al tratar células con diferentes concentraciones de HU-210 durante un tiempo fijo, y de una manera dependiente de la duración (nH = 8,6 ± 0,8), mediante el tratamiento de las células con una concentración fija de HU-210 durante tiempos variables. [ cita requerida ]
Al estudiar más el sistema, los autores determinaron que (el grado de respuesta y ultrasensibilidad) dependía en gran medida de dos parámetros: la relación inicial de kGAP / kGEF, donde las k incorporan tanto la concentración de GAP o GEF activos como sus correspondientes tasas cinéticas; y el impacto de la señal, que es el producto de la tasa de degradación de GAP activado y la amplitud de la señal o la duración de la señal. [54] El parámetro kGAP / kGEF afecta la inclinación de la transición desde los dos estados del conmutador GTPase, con valores más altos (~ 10) que conducen a ultrasensibilidad. El impacto de la señal afecta al punto de conmutación. Por lo tanto, al depender de la relación de concentraciones en lugar de las concentraciones individuales, el comportamiento similar al de un interruptor del sistema también se puede mostrar fuera del régimen de orden cero. [56]
Ultrasensibilidad y potenciación neuronal
La estimulación persistente en la sinapsis neuronal puede conducir a resultados marcadamente diferentes para la neurona postsináptica. La señalización débil extendida puede resultar en depresión a largo plazo (LTD), en la que la activación de la neurona postsináptica requiere una señal más fuerte que antes de que se iniciara LTD. En contraste, la potenciación a largo plazo (LTP) ocurre cuando la neurona postsináptica se somete a un fuerte estímulo, y esto da como resultado el fortalecimiento de la sinapsis neural (es decir, se requiere menos señal de neurotransmisor para la activación).
En la región CA1 del hipocampo, la decisión entre LTD y LTP está mediada únicamente por el nivel de intracelular en la columna dendrítica postsináptica. Bajos niveles de(resultante de una estimulación de bajo nivel) activa la proteína fosfatasa calcineurina , que induce la LTD. Niveles más altos de resulta en la activación de California 2 + {\ Displaystyle \ scriptstyle \ color {Azul} {\ ce {Ca ^ 2 +}}} / proteína quinasa II dependiente de calmodulina (CaMKII), que conduce a LTP. La diferencia en la concentración de Ca 2+ requerida para que una célula se someta a LTP es solo marginalmente más alta que para LTD, y debido a que las neuronas muestran biestabilidad (ya sea LTP o LTD) después de la estimulación persistente, esto sugiere que uno o más componentes del sistema responden en un de manera similar a un interruptor o ultrasensible. Bradshaw y col. demostraron que CaMKII (el inductor de LTP) responde a los niveles de calcio intracelular de una manera ultrasensible, con <10% de actividad a 1,0 uM y ~ 90% de actividad a 1,5 uM, lo que da como resultado un coeficiente de Hill de ~ 8. Otros experimentos demostraron que esta ultrasensibilidad estaba mediada por la unión cooperativa de CaMKII por dos moléculas de calmodulina (CaM) y la autofosforilación de CaMKII activada que conducía a un bucle de retroalimentación positiva. [57]
De esta manera, el calcio intracelular puede inducir una activación graduada, no ultrasensible de calcineurina a niveles bajos, lo que lleva a LTD, mientras que la activación ultrasensible de CaMKII da como resultado un nivel de calcio intracelular umbral que genera un circuito de retroalimentación positiva que amplifica la señal y conduce al resultado celular opuesto: LTP. Por tanto, la unión de un solo sustrato a múltiples enzimas con diferentes sensibilidades facilita una decisión biestable para que la célula se someta a LTD o LTP. [58]
Ultrasensibilidad en desarrollo
Se ha sugerido que la ultrasensibilidad de orden cero puede generar umbrales durante el desarrollo que permitan la conversión de una entrada de morfógeno graduada en una respuesta binaria similar a un interruptor. [59] Melen y col. (2005) han encontrado evidencia de tal sistema en el patrón del ectodermo ventral embrionario de Drosophila . [60] En este sistema, la actividad de la proteína quinasa activada por mitógenos graduados (MAPK) se convierte en una salida binaria, la degradación de todo o nada del represor transcripcional Yan. Descubrieron que la fosforilación MAPK de Yan es esencial y suficiente para la degradación de Yan. De acuerdo con la ultrasensibilidad de orden cero, un aumento en la proteína Yan alargó el tiempo requerido para la degradación, pero no tuvo ningún efecto sobre el borde de la degradación de Yan en los embriones en desarrollo. Sus resultados son consistentes con una situación en la que una gran cantidad de Yan se degrada por completo o se mantiene. La respuesta particular de cada célula depende de si la tasa de fosforilación de Yan reversible por MAPK es mayor o menor que la desfosforilación. Por lo tanto, un pequeño aumento en la fosforilación de MAPK puede hacer que sea el proceso dominante en la célula y conducir a la degradación completa de Yan.
El mecanismo de bucle de retroalimentación de varios pasos también conduce a la ultrasensibilidad
El mecanismo de bucle de retroalimentación de varios pasos también conduce a la ultrasensibilidad. Hay un documento que presenta que la ingeniería de bucles de retroalimentación sintética utilizando la vía de la proteína quinasa activada por mitógenos (MAP) de apareamiento de levadura como un sistema modelo.
En la vía de apareamiento de la levadura: el factor alfa activa el receptor, Ste2 y Ste4 y el Ste4 activado recluta el complejo Ste5 en la membrana, lo que permite que la quinasa Ste20 similar a PAK (localizada en la membrana) active MAPKKK Ste11. Ste11 y las quinasas posteriores, Ste7 (MAPKK) y Fus3 (MAPK), se colocalizan en el andamio y la activación de la cascada conduce al programa transcripcional. Utilizaron moduladores de la vía fuera de la cascada del núcleo, Ste50 promueve la activación de Ste11 por Ste20; Msg5 (negativo, rojo) es MAPK fosfatasa que desactiva Fus3 (Figura 2A).
Lo que construyeron fue un circuito con un comportamiento de conmutación ultrasensible mejorado al expresar constitutivamente un modulador negativo, Msg5, que es uno de MAPK phoaphatase y que expresa de manera inducible un modulador positivo, Ste50, que son moduladores de vía fuera de la cascada del núcleo (Figura 2B). El éxito de esta estrategia de ingeniería basada en el reclutamiento sugiere que puede ser posible reprogramar las respuestas celulares con alta precisión. [61]
Motores flagelares y quimiotaxis
La dirección de rotación de E. coli está controlada por el interruptor del motor flagelar . Un anillo de 34 proteínas FliM alrededor del rotor se une a CheY, cuyo estado de fosforilación determina si el motor gira en sentido horario o antihorario. El mecanismo de cambio rápido se atribuye a una respuesta ultrasensible, que tiene un coeficiente de Hill de ~ 10. Se ha propuesto que este sistema siga un modelo alostérico disipativo, en el que el cambio de rotación es el resultado de la unión de CheY y del consumo de energía de la fuerza motriz del protón , que también impulsa la rotación flagelar. [62]
Desarrollo de una vía de señalización sintética ultrasensible
Recientemente se ha demostrado que una vía de señalización de Michaelian se puede convertir en una vía de señalización ultrasensible mediante la introducción de dos bucles de retroalimentación positiva. [63] En este enfoque de biología sintética, Palani y Sarkar comenzaron con una vía de respuesta lineal y gradual, una vía que mostraba un aumento proporcional en la salida de señal en relación con la cantidad de entrada de señal, en un cierto rango de entradas. Esta vía simple estaba compuesta por un receptor de membrana, una quinasa y un factor de transcripción. Tras la activación, el receptor de membrana fosforila la cinasa, que se mueve hacia el núcleo y fosforila el factor de transcripción, que activa la expresión génica. Para transformar este sistema de respuesta gradual en una vía de señalización ultrasensible o similar a un interruptor, los investigadores crearon dos circuitos de retroalimentación positiva. En el sistema diseñado, la activación del receptor de membrana dio como resultado un aumento de la expresión tanto del receptor en sí como del factor de transcripción. Esto se logró colocando un promotor específico para este factor de transcripción corriente arriba de ambos genes. Los autores pudieron demostrar que la vía sintética mostraba una alta ultrasensibilidad y biestabilidad.
Un análisis computacional reciente de los efectos de la concentración de una proteína de señalización sobre la presencia de una respuesta ultrasensible ha llegado a conclusiones complementarias sobre la influencia de la concentración de una proteína de señalización en la conversión de una respuesta graduada en una ultrasensible. Sin embargo, en lugar de centrarse en la generación de proteínas de señalización a través de la retroalimentación positiva, el estudio se centró en cómo la dinámica de la salida de una proteína de señalización del sistema influye en la respuesta. Soyer, Kuwahara y Csika´sz-Nagy [64] idearon una vía de señalización compuesta por una proteína (P) que posee dos estados posibles (P no modificada o P * modificada) y puede ser modificada por un estímulo E entrante. la forma no modificada, P, puede entrar o salir del sistema, P * solo puede salir (es decir, no se genera en ningún otro lugar). Después de variar los parámetros de este sistema, los investigadores descubrieron que la modificación de P a P * puede cambiar entre una respuesta graduada y una respuesta ultrasensible mediante la modificación de las tasas de salida de P y P * entre sí. La transición de una respuesta ultrasensible a E y una respuesta graduada a E se generó cuando las dos velocidades pasaron de ser muy similares a muy diferentes, independientemente de la cinética de la conversión de P a P *. Este hallazgo sugiere al menos dos cosas: 1) la suposición simplificadora de que los niveles de moléculas de señalización permanecen constantes en un sistema puede limitar gravemente la comprensión de la complejidad de la ultrasensibilidad; y 2) puede ser posible inducir o inhibir la ultrasensibilidad artificialmente regulando las velocidades de entrada y salida de moléculas de señalización que ocupan un sistema de interés.
Limitaciones en modularidad
Se ha demostrado que la integración de un módulo sintético ultrasensible con componentes ascendentes y descendentes a menudo altera sus capacidades de procesamiento de información. [33] Estos efectos deben tenerse en cuenta en el proceso de diseño.
Ver también
- Función logística
- Función escalón Heaviside
- Estímulo (fisiología)
- Ecuación de Hill (bioquímica)
Referencias
- ^ Ferrell Jr, JE; Machleder, EM (1998). "La base bioquímica de un cambio de destino celular de todo o nada en los ovocitos de Xenopus". Ciencia . 280 (5365): 895–8. Código Bibliográfico : 1998Sci ... 280..895F . doi : 10.1126 / science.280.5365.895 . PMID 9572732 .
- ^ Mutalik, VK; Venkatesh, KV (2005). "Cuantificación del sistema de cascada de glucógeno: las respuestas ultrasensibles de la glucógeno sintasa hepática y la fosforilasa muscular se deben a diseños reguladores distintivos" . Biología teórica y modelado médico . 2 : 19. doi : 10.1186 / 1742-4682-2-19 . PMC 1180476 . PMID 15907212 .
- ^ Greenwald, EC; Saucerman, JJ (2011). "Más grande, mejor, más rápido: principios y modelos de señalización de proteínas de anclaje AKAP" . Revista de farmacología cardiovascular . 58 (5): 462–9. doi : 10.1097 / FJC.0b013e31822001e3 . PMC 3173587 . PMID 21562426 .
- ^ a b c d e f Ferrell Jr, JE (1998). "Cómo la translocación de proteínas reguladas puede producir respuestas de tipo interruptor". Tendencias en Ciencias Bioquímicas . 23 (12): 461–5. doi : 10.1016 / S0968-0004 (98) 01316-4 . PMID 9868363 .
- ^ a b c Goldbeter, Albert; Koshland, Daniel E. (1981). "Una sensibilidad amplificada derivada de la modificación covalente en sistemas biológicos" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 78 (11): 6840–6844. Código Bibliográfico : 1981PNAS ... 78.6840G . doi : 10.1073 / pnas.78.11.6840 . JSTOR 11361 . PMC 349147 . PMID 6947258 .
- ^ Joh, RI; Weitz, JS (2011). o. Wilke, Claus (ed.). "Lisar o no lisar: determinación del destino estocástico mediada por transitorios en células infectadas por bacteriófagos" . PLOS Biología Computacional . 7 (3): e1002006. Código Bibliográfico : 2011PLSCB ... 7E0020J . doi : 10.1371 / journal.pcbi.1002006 . PMC 3053317 . PMID 21423715 .
- ^ Chatterjee, A; Kaznessis, YN; Hu, WS (2008). "Ajustar los interruptores biológicos a través de una mejor comprensión del comportamiento de biestabilidad" . Opinión Actual en Biotecnología . 19 (5): 475–81. doi : 10.1016 / j.copbio.2008.08.010 . PMC 2766094 . PMID 18804166 .
- ^ Legewie, S; Blüthgen, N; Herzel, H (2006). "El modelado matemático identifica inhibidores de la apoptosis como mediadores de retroalimentación positiva y biestabilidad" . PLOS Biología Computacional . 2 (9): e120. Código Bibliográfico : 2006PLSCB ... 2..120L . doi : 10.1371 / journal.pcbi.0020120 . PMC 1570177 . PMID 16978046 .
- ^ Cui, J; Chen, C; Lu, H; Sun, T; Shen, P (2008). Hatakeyama, Mariko (ed.). "Dos retroalimentaciones positivas independientes y biestabilidad en el interruptor apoptótico Bcl-2" . PLOS ONE . 3 (1): e1469. Código Bibliográfico : 2008PLoSO ... 3.1469C . doi : 10.1371 / journal.pone.0001469 . PMC 2194625 . PMID 18213378 .
- ^ Srividhya, Jeyaraman; Li, Yongfeng; Pomerening, Joseph R (2011). "Cascadas abiertas como soluciones simples para brindar ultrasensibilidad y adaptación en la señalización celular" . Biología física . 8 (4): 046005. Código Bibliográfico : 2011PhBio ... 8d6005S . doi : 10.1088 / 1478-3975 / 8/4/046005 . PMC 3151678 . PMID 21566270 .
- ^ Shah, Najaf A .; Sarkar, Casim A. (2011). Haugh, Jason M. (ed.). "Topologías de red robustas para generar respuestas celulares similares a conmutadores" . PLOS Biología Computacional . 7 (6): e1002085. Código bibliográfico : 2011PLSCB ... 7E2085S . doi : 10.1371 / journal.pcbi.1002085 . PMC 3121696 . PMID 21731481 .
- ^ a b Thattai, M; Van Oudenaarden, A (2002). "Atenuación de ruido en cascadas de señalización ultrasensibles" . Revista biofísica . 82 (6): 2943–50. Código Bibliográfico : 2002BpJ .... 82.2943T . doi : 10.1016 / S0006-3495 (02) 75635-X . PMC 1302082 . PMID 12023217 .
- ^ Markevich, NI; Hoek, JB; Kholodenko, BN (2004). "Interruptores de señalización y biestabilidad derivados de la fosforilación multisitio en cascadas de proteína quinasa" . The Journal of Cell Biology . 164 (3): 353–9. doi : 10.1083 / jcb.200308060 . PMC 2172246 . PMID 14744999 .
- ^ a b Smith, Nicholas R .; Prehoda, Kenneth E. (2011). "Alineación de husillo robusto en neuroblastos de Drosophila por activación ultrasensible de pines" . Célula molecular . 43 (4): 540–9. doi : 10.1016 / j.molcel.2011.06.030 . PMC 3161515 . PMID 21855794 .
- ^ Kim, Sun Young; Ferrell, James E. (2007). "Competencia de sustrato como fuente de ultrasensibilidad en la inactivación de Wee1". Celular . 128 (6): 1133–45. doi : 10.1016 / j.cell.2007.01.039 . PMID 17382882 .
- ^ Huang, CY; Ferrell Jr, JE (1996). "Ultrasensibilidad en la cascada de proteína quinasa activada por mitógenos" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 93 (19): 10078–10083. Código bibliográfico : 1996PNAS ... 9310078H . doi : 10.1073 / pnas.93.19.10078 . PMC 38339 . PMID 8816754 .
- ^ a b Sneppen, Kim; Micheelsen, Mille A; Dodd, Ian B (2008). "Regulación génica ultrasensible por bucles de retroalimentación positiva en la modificación del nucleosoma" . Biología de sistemas moleculares . 4 (1): 182. doi : 10.1038 / msb.2008.21 . PMC 2387233 . PMID 18414483 .
- ^ a b Goldbeter, A; Koshland Jr., DE (1984). "Ultrasensibilidad en sistemas bioquímicos controlados por modificación covalente. Interacción entre efectos de orden cero y multipaso". La revista de química biológica . 259 (23): 14441–7. PMID 6501300 .
- ^ Kalir, S; McClure, J; Pabbaraju, K; Hacia el sur, C; Ronen, M; Leibler, S; Surette, MG; Alon, U (2001). "Ordenar genes en una vía de flagelos mediante el análisis de la cinética de expresión de bacterias vivas". Ciencia . 292 (5524): 2080–3. doi : 10.1126 / science.1058758 . PMID 11408658 .
- ^ Dushek, O; Van Der Merwe, PA; Shahrezaei, V (2011). "Ultrasensibilidad en la fosforilación multisitio de proteínas ancladas a membrana" . Revista biofísica . 100 (5): 1189–97. Código Bibliográfico : 2011BpJ ... 100.1189D . doi : 10.1016 / j.bpj.2011.01.060 . PMC 3043222 . PMID 21354391 .
- ^ McCarrey, JR; Riggs, AD (1986). "Pares de determinante-inhibidor como un mecanismo para establecer el umbral en el desarrollo: una posible función de pseudogenes" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 83 (3): 679–83. Código Bibliográfico : 1986PNAS ... 83..679M . doi : 10.1073 / pnas.83.3.679 . PMC 322927 . PMID 2418440 .
- ^ a b c Buchler, NE; Louis, M (2008). "Titulación molecular y ultrasensibilidad en redes reguladoras". Revista de Biología Molecular . 384 (5): 1106–19. doi : 10.1016 / j.jmb.2008.09.079 . PMID 18938177 .
- ^ Buchler, NE; Cross, FR (2009). "El secuestro de proteínas genera una respuesta ultrasensible flexible en una red genética" . Biología de sistemas moleculares . 5 (1): 272. doi : 10.1038 / msb.2009.30 . PMC 2694680 . PMID 19455136 .
- ^ Schmidt-Glenewinkel, H; Vacheva, yo; Hoeller, D; Dikic, yo; Eils, R (2008). "Un mecanismo de clasificación ultrasensible para la endocitosis del receptor de EGF" . Biología de sistemas BMC . 2 : 32. doi : 10.1186 / 1752-0509-2-32 . PMC 2377235 . PMID 18394191 .
- ^ a b Goldbeter, Albert (2005). "Interruptores de orden cero y umbrales de desarrollo" . Biología de sistemas moleculares . 1 (1): E1 – E2. doi : 10.1038 / msb4100042 . PMC 1681457 . PMID 16729066 .
- ^ Meinke, Marilyn H .; Jonathan S. Bishop; Ronald D. Edstrom (1986). "Ultrasensibilidad de orden cero en la regulación de la glucógeno fosforilasa" . PNAS . 83 (9): 2865–2868. Código Bibliográfico : 1986PNAS ... 83.2865M . doi : 10.1073 / pnas.83.9.2865 . PMC 323407 . PMID 3458247 .
- ^ Goulev, Youlian; Charvin, Gilles (2011). "Ultrasensibilidad y retroalimentación positiva para promover la entrada mitótica aguda" . Célula molecular . 41 (3): 243–4. doi : 10.1016 / j.molcel.2011.01.016 . PMID 21292155 .
- ^ Trunnell, Nicole B .; Poon, Andy C .; Kim, Sun Young; Ferrell, James E. (2011). "Ultrasensibilidad en la Regulación de Cdc25C por Cdk1" . Célula molecular . 41 (3): 263–74. doi : 10.1016 / j.molcel.2011.01.012 . PMC 3060667 . PMID 21292159 .
- ^ a b Klein, Peter; Pawson, Tony; Tyers, Mike (2003). "El modelado matemático sugiere interacciones cooperativas entre un ligando polivalente desordenado y un sitio de receptor único". Biología actual . 13 (19): 1669–78. doi : 10.1016 / j.cub.2003.09.027 . PMID 14521832 .
- ^ Ravid, Tommer; Hochstrasser, Mark (2008). "Diversidad de señales de degradación en el sistema ubiquitina-proteasoma" . Nature Reviews Biología celular molecular . 9 (9): 679–89. doi : 10.1038 / nrm2468 . PMC 2606094 . PMID 18698327 .
- ^ Kõivomägi, Mardo; Valk, Ervin; Venta, Rainis; Iofik, Anna; Lepiku, Martin; Balog, Eva Rose M .; Rubin, Seth M .; Morgan, David O .; Loog, Mart (2011). "Cascadas de fosforilación multisitio controlan la destrucción de Sic1 al inicio de la fase S" . Naturaleza . 480 (7375): 128–31. Código bibliográfico : 2011Natur.480..128K . doi : 10.1038 / nature10560 . PMC 3228899 . PMID 21993622 .
- ^ a b Dushek, Omer; Van Der Merwe, P. Anton; Shahrezaei, Vahid (2011). "Ultrasensibilidad en la fosforilación multisitio de proteínas ancladas a membrana" . Revista biofísica . 100 (5): 1189–97. Código Bibliográfico : 2011BpJ ... 100.1189D . doi : 10.1016 / j.bpj.2011.01.060 . PMC 3043222 . PMID 21354391 .
- ^ a b c Altszyler, E; Ventura, AC; Colman-Lerner, A .; Chernomoretz, A. (2014). "Impacto de las limitaciones de aguas arriba y aguas abajo en la ultrasensibilidad de un módulo de señalización" . Biología física . 11 (6): 066003. Código Bibliográfico : 2014PhBio..11f6003A . doi : 10.1088 / 1478-3975 / 11/6/066003 . PMC 4233326 . PMID 25313165 .
- ^ a b Bluethgen, Nils; Legewie, Stefan; Herzel, Hanspeter; Kholodenko, Boris (2007). "Mecanismos que generan ultrasensibilidad, biestabilidad y oscilaciones en la transducción de señales". Introducción a la biología de sistemas . Prensa de Humana: 282–99. doi : 10.1007 / 978-1-59745-531-2_15 . ISBN 978-1-58829-706-8.
- ^ a b c d Huang, CY; Ferrell Jr, JE (1996). "Ultrasensibilidad en la cascada de proteína quinasa activada por mitógenos" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 93 (19): 10078–83. Código bibliográfico : 1996PNAS ... 9310078H . doi : 10.1073 / pnas.93.19.10078 . PMC 38339 . PMID 8816754 .
- ^ Kholodenko, Boris N .; et al. (1997). "Cuantificación de la transferencia de información a través de vías de transducción de señales celulares" . Cartas FEBS . 414 (2): 430–434. doi : 10.1016 / S0014-5793 (97) 01018-1 . PMID 9315734 .
- ^ a b c Altszyler, E; Ventura, AC; Colman-Lerner, A .; Chernomoretz, A. (2017). "Ultrasensibilidad en cascadas de señalización revisadas: vinculación de estimaciones de ultrasensibilidad local y global" . PLOS ONE . 12 (6): e0180083. arXiv : 1608.08007 . Código bibliográfico : 2017PLoSO..1280083A . doi : 10.1371 / journal.pone.0180083 . PMC 5491127 . PMID 28662096 .
- ^ Brown, GC; Hoek, JB; Kholodenko B, N (1997). "¿Por qué las cascadas de proteína quinasa tienen más de un nivel?". Trends Biochem. Sci . 22 (8): 288. doi : 10.1016 / s0968-0004 (97) 82216-5 . PMID 9270298 .
- ^ Ferrell, JE (1997). "Cómo las respuestas se vuelven más parecidas a un interruptor a medida que avanza por una cascada de proteína quinasa". Trends Biochem. Sci . 22 (8): 288-289. doi : 10.1016 / s0968-0004 (97) 82217-7 . PMID 9270299 .
- ^ Racz, E; Slepchenko, BM (2008). "Sobre la amplificación de la sensibilidad en cascadas de señalización intracelular" . Phys. Biol . 5 (3): 36004. Bibcode : 2008PhBio ... 5c6004R . doi : 10.1088 / 1478-3975 / 5/3/036004 . PMC 2675913 . PMID 18663279 .
- ^ Dueber, John E; Mirsky, Ethan A; Lim, Wendell A (2007). "Ingeniería de proteínas de señalización sintéticas con control de entrada / salida ultrasensible". Biotecnología de la naturaleza . 25 (6): 660–2. doi : 10.1038 / nbt1308 . PMID 17515908 .
- ^ Toyoshima-Morimoto, F .; Taniguchi, E; Nishida, E (2002). "Plk1 promueve la translocación nuclear de Cdc25C humana durante la profase" . Informes EMBO . 3 (4): 341–8. doi : 10.1093 / embo-reports / kvf069 . PMC 1084057 . PMID 11897663 .
- ^ Bahassi, EL Mustapha; Hennigan, Robert F; Myer, David L; Stambrook, Peter J (2004). "La fosforilación de Cdc25C en serina 191 por Plk3 promueve su translocación nuclear" . Oncogén . 23 (15): 2658–63. doi : 10.1038 / sj.onc.1207425 . PMID 14968113 .
- ^ Doe, CQ (2008). "Células madre neurales: equilibrar la autorrenovación con la diferenciación" . Desarrollo . 135 (9): 1575–87. doi : 10.1242 / dev.014977 . PMID 18356248 .
- ^ Yu, F; Cai, Y; Kaushik, R; Yang, X; Chia, W (2003). "Funciones distintas de las subunidades Galphai y Gbeta13F del complejo de proteína G heterotrimérica en la mediación de divisiones asimétricas de neuroblastos de Drosophila" . The Journal of Cell Biology . 162 (4): 623–33. doi : 10.1083 / jcb.200303174 . PMC 2173805 . PMID 12925708 .
- ^ Izumi, Yasushi; Ohta, Nao; Hisata, Kanako; Raabe, Thomas; Matsuzaki, Fumio (2006). "El barro de proteína de unión de alfileres de Drosophila regula el acoplamiento de polaridad del huso y la organización del centrosoma". Biología celular de la naturaleza . 8 (6): 586–93. doi : 10.1038 / ncb1409 . PMID 16648846 .
- ^ Bowman, SK; Neumüller, RA; Novatchkova, M; Du, Q; Knoblich, JA (2006). "El Drosophila NuMA Homolog Mud regula la orientación del huso en la división celular asimétrica". Célula de desarrollo . 10 (6): 731–42. doi : 10.1016 / j.devcel.2006.05.005 . PMID 16740476 .
- ^ Siller, KH; Cabernard, C; Doe, CQ (2006). "La proteína de barro relacionada con NuMA se une a los pines y regula la orientación del huso en neuroblastos de Drosophila". Biología celular de la naturaleza . 8 (6): 594–600. doi : 10.1038 / ncb1412 . PMID 16648843 .
- ^ Du, Q; MacAra, IG (2004). "Mammalian Pins es un interruptor conformacional que une NuMA a proteínas G heterotriméricas". Celular . 119 (4): 503–16. doi : 10.1016 / j.cell.2004.10.028 . PMID 15537540 .
- ^ Pinza, RW; Siller, KH; Smith, NR; Doe, CQ; Prehoda, KE (2007). "Galphai genera múltiples estados de activación de Pines para vincular la polaridad cortical y la orientación del huso en neuroblastos de Drosophila" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 104 (36): 14306-11. Código bibliográfico : 2007PNAS..10414306N . doi : 10.1073 / pnas.0701812104 . PMC 1964812 . PMID 17726110 .
- ^ Yang, Z (2002). "Pequeñas GTPasas: interruptores de señalización versátiles en plantas" . La célula vegetal . 14 Suppl: S375–88. doi : 10.1105 / tpc.001065 . PMC 151267 . PMID 12045289 .
- ^ Heider, D; Hauke, S; Pyka, M; Kessler, D (2010). "Información sobre la clasificación de pequeñas GTPasas" . Avances y aplicaciones en bioinformática y química . 3 : 15-24. doi : 10.2147 / aabc.s8891 . PMC 3170009 . PMID 21918623 .
- ^ Bourne, Henry R .; Sanders, David A .; McCormick, Frank (1991). "La superfamilia GTPasa: estructura conservada y mecanismo molecular". Naturaleza . 349 (6305): 117–27. Código Bibliográfico : 1991Natur.349..117B . doi : 10.1038 / 349117a0 . PMID 1898771 .
- ^ a b Lipshtat, A .; Jayaraman, G .; Él, JC; Iyengar, R. (2010). "Diseño de interruptores bioquímicos versátiles que responden a señales de amplitud, duración y espaciales" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 107 (3): 1247–52. Código bibliográfico : 2010PNAS..107.1247L . doi : 10.1073 / pnas.0908647107 . PMC 2824311 . PMID 20080566 .
- ^ Ferrell, James E. (1999). "Construyendo un interruptor celular: más lecciones de un buen huevo". BioEssays . 21 (10): 866–870. CiteSeerX 10.1.1.540.1905 . doi : 10.1002 / (SICI) 1521-1878 (199910) 21:10 <866 :: AID-BIES9> 3.0.CO; 2-1 . PMID 10497337 .
- ^ Kim; et al. (2009). "Relaciones de concentración iónica celular y su papel en los sistemas de transducción de señales impulsados por GTP en un régimen de orden cero". Revista Internacional de Ciencia Biomolecular . 16 (11): 192-207.
- ^ Bradshaw, JM; Kubota, Y; Meyer, T; Schulman, H (2003). "Un interruptor de proteína quinasa II-proteína fosfatasa 1 ultrasensible dependiente de Ca2 + / calmodulina facilita la especificidad en la señalización de calcio postsináptico" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 100 (18): 10512–7. Código Bibliográfico : 2003PNAS..10010512B . doi : 10.1073 / pnas.1932759100 . PMC 193592 . PMID 12928489 .
- ^ Van der Graaf; et al. (2010). "Dependencia de la transducción de señales ultrasensibles de LTD en la concentración de calcio intracelular". Revista europea de estudios biomoleculares . 12 (20): 95-112.
- ^ Goldbeter, A; Wolpert, L. (1990). "Modificación covalente de proteínas como mecanismo de umbral en desarrollo". Revista de Biología Teórica . 142 (2): 243–50. doi : 10.1016 / s0022-5193 (05) 80225-5 . PMID 2161972 .
- ^ Melen, GJ; Levy, S; Barkai, N; Shilo, BZ (2005). "Respuestas de umbral a gradientes de morfógenos por ultrasensibilidad de orden cero" . Biología de sistemas moleculares . 1 (1): 2005.0028. doi : 10.1038 / msb4100036 . PMC 1681448 . PMID 16729063 .
- ^ Bashor, CJ; Helman, Carolina del Norte; Yan, S .; Lim, WA (2008). "Uso de interacciones de andamio de ingeniería para remodelar la dinámica de señalización de la vía de la quinasa MAP". Ciencia . 319 (5869): 1539–43. Código bibliográfico : 2008Sci ... 319.1539B . doi : 10.1126 / science.1151153 . PMID 18339942 .
- ^ Tu, Y. (2008). "El mecanismo de desequilibrio para la ultrasensibilidad en un interruptor biológico: detección de los demonios de Maxwell" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 105 (33): 11737-11741. Código Bibliográfico : 2008PNAS..10511737T . doi : 10.1073 / pnas.0804641105 . JSTOR 25463752 . PMC 2575293 . PMID 18687900 .
- ^ Palani, S; Sarkar, CA (2011). "Conversión sintética de una señal de receptor graduada en un interruptor sintonizable y reversible" . Biología de sistemas moleculares . 7 (1): 480. doi : 10.1038 / msb.2011.13 . PMC 3094063 . PMID 21451590 .
- ^ Soyer, OS; Kuwahara, H; Csikász-Nagy, A (2009). "La regulación del nivel total de una proteína de señalización puede variar su dinámica en un rango desde el cambio como la ultrasensibilidad hasta las respuestas adaptativas" . La revista FEBS . 276 (12): 3290–8. doi : 10.1111 / j.1742-4658.2009.07054.x . PMID 19438711 .