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Señalización paracrina

La señalización paracrina es una forma de señalización celular en la que una célula secreta una molécula de señalización que induce cambios en las células cercanas, alterando el comportamiento o la diferenciación celular de esas células. Las moléculas conocidas como factores paracrinos se difunden sobre distancias relativamente cortas y ejercen su acción sobre células vecinas, a diferencia de los factores endocrinos, que viajan distancias considerables por el sistema circulatorio), las interacciones juxtacrinas, y la señalización autocrina.

Esquema general de las vías de transducción de señales.

El efecto de los factores paracrinos en las céculas circundantes depende del gradiente de su concentración. La distancia exacta que puede viajar un factor paracrino no se conoce con certeza. Entre los ejemplos de moléculas paracrinas se encuentran las citokinas, el factor de la coagulación espermática, el factor de crecimiento, la somatostatina y la histamina, entre otros.

Para que los factores paracrinos puedan inducir una respuesta en la célula receptora, esta debe poseer los receptores adecuados en la membrana celular. A pesar del rango diverso de respuestas que presentan las células inducidas tras la unión del factor paracrino a su receptor, la mayor parte de los factores paracrinos utilizan un grupo relativamente pequeño y conservado de receptores y rutas de señalización, incluso en diferentes órganos y especies. Las vías y receptores principales pueden ser organizados en cuatro familias principales de acuerdo a la similitud de sus estructuras: la familia del factor de crecimiento de fibroblastos (FGF), la familia Hedgehog, la familia Wnt, y la superfamilia TGF-β.

Familias de receptores

Factor de crecimiento de fibroblastos (FGF)

Aunque la familia de factores paracrinos FGF tienen un amplio rango de funciones, los mayores descubrimientos soportan la idea de que principalmente estimulan la proliferación y diferenciación celular.[1][2]​ Para desempeñar tan diversas funciones, los FGF pueden ser ayustados en forma alternativa, o incluso tener diferentes codones de iniciación, consiguiendo de esta forma crear cientos de diferentes isoformas de FGF.[3]

Una de las funciones más importantes de los receptores para FGF (FGFR) se encuentra en el desarrollo de las extremidades. Esta señalización involucra nueve isoformas diferentes del receptor obtenidos por ayuste diferencial.[4]​ Los Fgf8 y Fgf10 son dos jugadores críticos en el desarrollo de las extremidades. En la iniciación del desarrollo de las extremidades y en el crecimiento de las mismas en ratones, las señales axiales provenientes del mesodermo intermedio producen Tbx5, el cual subsecuentemente envía una señal al mesodermo para producir Fgf10. El Fgf10 posteriormente señaliza al ectodermo que comience la producción de Fgf8, el cual además estimula la producción de Fgf10. La deleción de Fgf10 provoca ratones sin miembros.[5]

Además, la señalización paracrina de Fgf es esencial para el desarrollo del ojo de los pollos. El ARNm del fgf8 aparece localizado en donde se diferencia la retina neural de la copa óptica. Estas células se encuentran en contacto con las células del ectodermo externo, las cuales eventualmente se convierten en el cristalino.[3]

Fenotipo y supervivencia de los ratones luego del nocaut de algunos genes FGFR:[4]

Gen FGFR nocaut Supervivencia Fenotipo
Fgf1 Viable Poco claro
Fgf3 Viable Oído interno, diferenciación esquelética (cola)
Fgf4 Letal Proliferación de la masa interna de células
Fgf8 Letal Defecto en la gastrulación, desarrollo del SNC, desarrollo de extremidades
Fgf10 Letal Desarrollo de múltiples órganos (incluyendo miembros, timo, pituitaria)
Fgf17 Viable Desarrollo cerebelar

Vía de los Receptores Tirosina Quinasa (RTK)

La señalización paracrina a través de los factores de crecimiento de fibroblastos (FGF) y sus respectivos receptores (FGFR) hacen uso de la vía de receptores tirosina quinasa. Esta vía de señalización ha sido muy estudiada, utilizando los ojos de Drosophila y los cánceres humanos.[6]

La unión de los FGF a los FGFR fosforila a la quinasa inactiva y activa la vía de las RTK. Esta vía comienza en la superficie de la membrana celular, donde un ligando se une a su receptor específico. Los ligandos que se unen a los RTKs incluyen los factores de crecimiento de fibroblastos, factores de crecimiento epidérmico, factores de crecimiento derivados de plaquetas, y factor de células madres.[6]​ Esto provoca que el receptor transmembrana se dimerice con otro receptor RTK, lo que causa la autofosforilación y el subsecuente cambio conformacional del receptor homodimerizado. Este cambio conformacional activa el sitio quinasa inactivo de cada RTK sobre un residuo de tirosina. Debido al hecho de que el receptor se extiende atravesando la membrana a partir del ambiente extracelular, a través de la bicapa lipídica, y al interior del citoplasma, la unión del receptor al ligando además causa la transfosforilación del dominio citoplasmático del receptor.[7]

Una proteína adaptadora (tal como la SOS) reconoce a la tirosina fosforilada en el receptor. Esta proteína funge como puente que conecta al RTK a una proteína intermedia (tal como la GNRP), comenzando la cascada de señalización intracelular. Mientras tanto, la proteína intermedia estimula a la Ras unida a GDP para formar Ras activa unida a GTP. La GAP eventualmente regresa a la Ras a su estado inactivo. La activación de la Ras tiene el potencial de iniciar tres vías de señalización corriente abajo: la vía Ras→Raf→MAP quinasa, la vía de la quinasa PI3, y la vía de la Ral. Cada vía conduce a la activación de factores de transcripción los cuales ingresan al núcleo para alterar la expresión de genes.[8]

 
Diagrama que muestra los componentes fundamentales de una vía de transducción de señales.
El receptor RTK y el cáncer

Se ha demostrado que la señalización paracrina de factores de crecimiento entre células vecinas exacerba la carcinogénesis. De hecho las formas mutantes de RTK desemparejados pueden desempeñar un rol causal en varios tipos diferentes de cáncer. Los protooncogenes Kit codifican para un receptor de tipo tirosina quinasa cuyo ligando es una proteína paracrina llamada factor de célula stem (SCF), el cual es importante en la hematopoyesis (la génesis de las células de la sangre).[9]​ El receptor Kit y los receptores tipo tirosina quinasa relacionados de hecho son inhibitorios y suprimen efectivamente el disparo del receptor. Las formas mutantes del recepto Kit, las cuales se disparan constitutivamente en forma independiente a la unión con su ligando, se han encontrado en varios tipos de neoplasias malignas.[10]

Vía del RTK y cáncer

Las investigaciones sobre cáncer de tiroides han contribuido a la noción de que la señalización paracrina podría ayudar a crear un microambiente dentro de los tumores. La transcripción de quimiocinas se encuentra regulada a la alza cuando la proteína Ras se encuentra en su estado basal unida a GTP. Las quimiocinas se liberan entonces de las células, libres para unirse a otra célula cercana. La señalización parácrina entre células vecinas crea este bucle de retroalimentación positiva. De esta forma, la transcripción constitutiva de proteínas reguladas a la alza forma un ambiente ideal para el desarrollo de los tumores.[11]​ Efectivamente, la unión de múltiples ligandos al receptor RTK sobreestimula la vía Ras-Raf-MAPK, la cual sobreexpresa la capacidad mitogénica e invasiva de las células.[12]

Vía Jak-STAT

Además de a la vía RTK, los factores de crecimiento de fibroblastos pueden activar también a la cascada de señalización Jak-STAT. En lugar de contener dominios tirosina quinasa asociados covalentemente, los receptores Jak-STAT forman complejos no covalentes con las tirosina quinasas de la clase Jak (Janus quinasa). Esta clase de receptores se unen por ejemplo a la eritropoyetina (importante para la eritropoyesis), trombopoyetina (importante para la formación de plaquetas, e interferón (importante para la función inmune mediada por células).[13]

Luego de la dimerización de los receptores de citoquinas que sigue a la unión a sus ligandos, los receptores Jak se transfosforilan uno a otro. Las fosfotirosinas resultantes atraen a proteínas STAT. Las proteínas STAT se dimerizan e ingresan al núcleo para actuar como factores de transcripción alterando la expresión de genes.[13]​ En particular las proteínas STAT transcriben genes que contribuyen a la proliferación y supervivencia celular, tales como los genes myc.[14]

Fenotipo y supervivencia de ratones luego del noqueo de algunos genes Jak o STAT:[15]

Gen noqueado Supervivencia Fenotipo
Jak1 Letal Déficits neurológicos
Jak2 Letal Fallas en la eritropoyesis
Stat1 Viable Enanismo humano y síndromes de craneosinostosis
Stat3 Letal Fenotipos de tejidos específicos
Stat4 Viable Diferenciación defectuosa de Th1 dependiente de IL-12, aumento en la susceptibilidad a patógenos intracelulares
Vías Jak-STAT aberrantes y mutaciones óseas

La vía Jak-STAT es un instrumento fundamental en el desarrollo de las extremidades, específicamente en su capacidad para regular el crecimiento óseo a través de la señalización parácrina por medio de citoquinas. Sin embargo las mutaciones en esta vía, han sido implicadas en varias formas de enanismo: enanismo acondroplásico (viable) y displasia tanatofórica (letal).[16]​ Esta última es debido a una mutación en el gen del factor de crecimiento de fibroblastos, que causa una activación prematura y constitutiva del factor de transcripción Stat1. Como resultado la división de los condrocitos termina prematuramente, resultando en un enanismo letal. Las células de las placas de crecimiento de costillas y miembros no lo transcriben. Como resultado, la incapacidad de la caja torácica para expandirse evita que el feto pueda acomodar los órganos del tórax y en caso de llegar al nacimiento evita que pueda respirar.[17]

La vía Jak-STAT y el cáncer

Las investigaciones es las vías de señallización Jak-STAT revelaron su potencial en la activación de comportamiento invasivo de las células epiteliales ováricas. Esta transición de epitelial a mesenquimal es altamente evidente en las metástasis.[18]​ La señalización paracrina a través de la vía Jak-STAT es necesaria para la transición de células epiteliales estáticas a células mesenquimatosas móviles, las cuales son capaces de invadir los tejidos aledaños. Hasta el momento se ha encontrado que solo la vía Jak-STAT es capaz de inducir células migratorias.[19]

Familia Hedgehog

La familia de proteínas hedgehog se encuentra involucrada en la inducción de los tipos celulares y en la creación de límites de tejidos y patrones; y se encuentran en todos los organismos bilaterales. Las proteínas hedgehog fueron descubiertas por primera vez y estudiadas en Drosophila. Las proteínas hedgehog producen señales clave para el establecimiento y desarrollo de los miembros, el plan general de construcción del organismo de las mosquitas de la fruta; como así también en la homeostasis de los tejidos adultos, se encuentran involucradas en la embriogénesis tardía y en la metamorfosis. Se han encontrado al menos tres homólogos de las proteínas hedgehog en los vertebrados: la sonic hedgehog, desert hedgehog e indian hedgehog. La proteína sonic hedgehog (SHH) posee varios roles en el desarrollo de los vertebrados, donde media la señalización y regulación de la organización del sistema nervioso central, extremidades y la polaridad en la embriogénesis de los somites. La proteína desert hedgehog (DHH) se expresa en las células de Sertoli, las que participan en la espermatogénesis. Finalmente la proteína indian hedgehog (IHH) se expresa en intestino y cartílago, donde desempeña un importante papel en el crecimiento óseo posnatal.[20][21][22]

Vía de señalización hedgehog

 
Producción del represor transcripcional CiR cuando Hh no se encuentra unido a Patched. En el diagrama, "P" representa al fosfato.
 
Cuando Hh se encuentra unido a Patched (PTCH), la proteína Ci está capacitada para actuar como un factor de transcripción en el núcleo.

Los miembros de la familia de proteínas Hedgehog actúan por medio de la unión a un receptor "Patched" transmembrana, el cual se encuentra unido a la proteína "Smoothened", por medio de la cual la señal Hedgehog puede ser transducida. En ausencia de Hedgehog, el receptor Patched inhibe la acción de Smoothened. La inhibición de Smoothened produce que el complejo formado por las proteínas Cubitus interruptus (Ci), Fused, y Cos que se encuentra unido a los microtúbulos permanezca intacto. En esta conformación, la proteína Ci se escinde de forma tal que una porción de la proteína se capacita para entrar al núcleo y actuar como un represor transcripcional. En presencia de Hedgehog, Patched ya no es capaz de inhibir a Smoothened. Luego la proteína Smoothened activa es capaz de inhibir a la PKA y Slimb, de forma tal que la proteína Ci no resulta escindida. Esta proteína Ci intacta puede ingresar al núcleo, asociada con la proteína CPB y actuar como activador transcripcional, induciendo la expresión de los genes que responden a Hedgehog.[22][23][24]

Vía de señalización Hedgehog y cáncer

La vía de señalización Hedgehog es crítica para un apropiado bosquejado y orientación de los tejidos durante el desarrollo normal de la mayor parte de los animales. Las proteínas Hedgehog inducen la proliferación celular de ciertos tipos celulares y la diferenciación de otros. La activación aberrante de la vía Hedgehog ha sido implicada en varios tipos de cáncer, en particular de los carcinomas de células basales. Esta activación descontrolada de las proteínas Hedgehog puede ser causada por mutaciones en la vía de la señal, la cual puede ser independiente de ligando, o una mutación que causa la sobreexpresión de la proteína Hedgehog, la cual es dependiente del ligando. Esta conexión entre la vía de señalización Hedgehog y los cánceres humanos pueden resultar providenciales para una posible intervención terapéutica como así para el tratamiento de estos tipos de cáncer. La vía de señalización Hedgehog se encuentra involucrada en la regulación normal de las poblaciones de células madre, y es necesaria para la regeneración y crecimiento de los órganos dañados. Esta puede ser otra posible ruta para la tumorogénesis involucrando a la vía Hedgehog.[25][26][27]

Familia Wnt

 
Diagrama de las tres principales vías de señalización Wnt en transducción biológica de señales.

La familia de proteínas Wnt incluye un gran número de glicoproteínas ricas en cisteína. Las proteínas Wnt activan cascadas de transducción de señales por medio de tres diferentes vías, la vía Wnt canónica, la vía Wnt no canónica de polaridad celular planar, y la vía no canónica Wnt/Ca2+
. Las proteínas Wnt parecen controlar un amplio rango de procesos de desarrollo y han mostrado ser necesarias para el control de la orientación del huso acromático, polaridad celular, adhesión mediada por caderinas, y desarrollo temprano de embriones de muchos organismos diferentes. Las investigaciones actuales han indicado que la desrregulación de la señalización Wnt desempeña un rol en la formación de tumores, porque a nivel celular, las proteínas Wnt a menudo regulan la proliferación celular, morfología celular, motilidad celular, y destino celular.[28]

Vía de señalización Wnt canónica

 
Vía de señalización Wnt, sin Wnt.

En la vía canónica, las proteínas Wnt se unen a su receptor transmembrana de la familia de proteínas Frizzled. La unión de Wnt a las proteínas Frizzled activa a la proteína Dishevelled. En su estado activo al proteína Dishevelled inhibe la actividad de la enzima glicógeno sintasa quinasa 3 (GSK3). Normalmente la GSK3 activa previene la disociación de la β-catenina de la proteína APC, lo que desembocó en la degradación de la β-catenina. De esta forma la GSK3 inhibida, permite a la β-catenina disociarse de la APC, acumularse, y migrar hacia el núcleo. En el núcleo la β-catenina se asocia al factor de transcripción Lef/Tcf, el cual se encuentra funcionando como un represor del ADN, inhibiendo al transcripción de los genes a los que se encuentra unido. La unión de la β-catenina al Lef/Tcf funciona como un activador de la transcripción, activando la transcripción de los genes que responden a Wnt.[29][30][31]

Vías de señalización Wnt no canónicas

Las vías de señalización Wnt no canónicas proveen una vía de transducción para Wnt que no involucra a la β-catenina. En las vías no canónicas, Wnt afecta al citoesqueleto de actina y microtúbulos como así también a la transcripción génica.

La vía no canónica de polaridad celular planar (PCP)
 
Vía no canónica de polaridad planar celular.

La vía no canónica PCP regula la morfología celular, la división celular y la motilidad celular. En esta vía, nuevamente, las proteínas Wnt se unen a Frizzled y la activan, de tal forma que Frizzled activa a la proteína Dishevelled que se encuentra anclada a la membrana celular por medio de una proteína Prickle y una proteína Stbm transmembrana. La proteína Dishelvelled activada a su vez activa la proteína RhoA (una GTPasa) a través del activador de morfogénesis 1 asociado a Dishelvelled (Daam1) y la proteína Rac. La proteína RohA activada se encuentra de esta forma capacitada para inducir cambios en el citoesqueleto activando a la quinasa asociada a RohA (ROCK), y de esta forma afectar directamente a la transcripción de genes. La Rac activada puede inducir directamente cambios en el citoesqueleto y afectar a la transcripción de genes a través de la activación de JNK.[29][30][31]

La vía no canónica Wnt/Ca2+
 
Vía no canónica Wnt/calcio.

La vía no canónica Wnt/Ca2+
regula los niveles intracelulares de calcio. En esta vía nuevamente Wnt se una a Frizzled y la activa. Sin embargo, en este caso la proteína Frizzled activada provoca que una proteína G acoplada active a una fosfolipasa (PLC), la cual interactúa con PIP
2
y lo escinde en DAG e IP
3
. El IP
3
puede luego unirse a un receptor en el retículo endoplasmático para inducir la liberación intracelular de los depósitos de calcio, para de esta forma inducir la expresión de genes dependiente de calcio.[29][30][31]

Vía de señalización Wnt y cáncer

Las vías de señalización Wnt son críticas en la comunicación y señalización célula-célula durante la embriogénesis y el desarrollo normal y es necesario para el mantenimiento del tejido adulto; por lo tanto no es difícil entender por qué una disrupción en las vías de señalización Wnt puede promover la aparición de enfermedades degenerativas y cáncer.

Las vías de señalización Wnt son complejas, implican a varios elementos diferentes y por lo tanto poseen numerosas dianas donde pueden presentarse defectos en la regulación. Las mutaciones que provocan una activación constitutiva de las vías Wnt pueden desembocar en la formación de tumores y cáncer. La activación aberrante de las vías Wnt pueden aumentar la proliferación celular. Las investigaciones actuales se encuentran centradas en la acción de las vías Wnt en la regulación de la elección de las células madres entre proliferar o autorenovarse. Esta acción de las vías Wnt en el posible control y mantenimiento de las células madre, puede proveer un posible tratamiento para los tipos de cáncer que exhiben un comportamiento Wnt aberrante.[32][33][34]

Superfamilia TGF-β

Los “Factores de Crecimiento Transformantes” (TGF-Transforming Growth Factor) son una familia de proteínas que comprende a 33 miembros, cada uno de los cuales es un polipéptido dimérico secretado que regulan el desarrollo.[35]​ Muchos procesos de desarrollo se encuentran bajo su control, entre ellos la gastrulación, simetría axial del organismo, morfogénesis de los órganos, y homeostasis de los tejidos adultos.[36]​ Todos los ligandos TGF-β se unen ya sea a receptores de tipo I o tipo II, para crear complejos heterotetraméricos.[37]

Vía TGF-β

La vía de señalización TGB beta regula muchos procesos celulares que intervienen en el desarrollo del embrión y en el funcionamiento del organismo adulto, incluyendo crecimiento celular, diferenciación, apoptosis, y homeostasis. Existen cinco tipos de receptores de tipo II y siete receptores de tipo I tanto en humanos como en otros mamíferos. Estos receptores se conocen como "quinasas de especificidad dual" debido a que su dominio quinasa citoplasmático posee una actividad tirosina quinasa débil, pero una potente actividad quinasa de serina/treonina.[38]​ Cuando un ligando de la superfamilia TGB-β se une a un receptor de tipo II, este recluta a los receptores de tipo I y los activa fosforilando los residuos serina y treonina en su caja "GS".[39]​ Esto produce un complejo d activación que puede luego fosforilar a las proteínas SMAD por medio de fosrorilación.

 

Vía SMAD

Existen tres clases de SMADs:

  1. SMADs reguladas por receptor (R-SMAD)
  2. SMADs de mediador común (Co-SMAD)
  3. SMADs inhibitorias (I-SMAD)

Ejemplos de SMADs de cada clase:[40][41][42]

Class SMADs
R-SMAD SMAD1, SMAD2, SMAD3, SMAD5 y SMAD8/9
Co-SMAD SMAD4
I-SMAD SMAD6 y SMAD7

La superfamilia TGF-β activa a los miembros de la familia SMAD, las cuales funcionan como factores de transcripción. Específicamente, el receptor tipo I, activado por el receptor tipo II, fosforila a las R-SMADs que posteriormente se une a la co-SMAD, SMAD4. Las R-SMAD/Co-SMAD forman un complejo con la importina e ingresa al núcleo, donde actúan como factores de transcripción ya sea regulando a la alza o a la baja la expresión de sus genes objetivo.

Algunos ligandos TGF-β específicos desembocan en la activación ya sea de las R-SMADs SMAD2/3 o de las SMAD1/5. Por ejemplo, cuando la activina, NODAL, o TGF-β se unen a los receptores, el complejo receptor fosforilado es capaz de activar a la SMAD2 y SMAD3 fosforilándolas. Sin embargo, cuando un ligando BMP se une a su receptor, el complejo receptor fosforilado activa a la SMAD1 y la SMAD5. Luego los complejos SMAD 2/3 o SMAD 1/5 forman un dímero complejo con SMAD4 y se convierten en factores de transcripción. Aunque hay muchos R-SMADs involucrados en la vía, solo existe un co-SMAD, el SMAD4.[43]

Ejemplos

Los factores de crecimiento y factores de coagulación son agentes de señalización paracrinos. La acción local de la señalización de los factores de crecimiento desempeña un papel especialmente importante en el desarrollo de los tejidos. Además el ácido retinoico, la forma activa de la vitamina A; actúa en forma de factor paracrino regulando la expresión de genes durante el desarrollo embrional en los animales superiores.[44]​ Las citokinas son un grupo de proteínas que inician la respuesta inflamatoria, usualmente como resultado de una infección. Generalmente inducen la secreción de otras citokinas, moléculas gaseosas de señalización como el óxido nítrico (NO), prostaglandinas y Leucotrienos. Entre las principales citokinas proinflamatorias se encuentran el factor de necrosis tumoral (TNF-a), las interleucinas IL-1, IL-6 e IL-8) y los Interferones.[45]

En los insectos, la allostatina controla el crecimiento por medio de una acción parácrina en la corpora allata.[cita requerida]

En los organismos maduros, la señalización paracrina se encuentra involucrada en las respuestas a alérgenos, reparación de tejidos, formación de tejido cicatrizal, y coagulación de la sangre.[cita requerida]

Véase también

Referencias

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Enlaces externos

  •   Datos: Q14873666

señalización, paracrina, señalización, paracrina, forma, señalización, celular, célula, secreta, molécula, señalización, induce, cambios, células, cercanas, alterando, comportamiento, diferenciación, celular, esas, células, moléculas, conocidas, como, factores. La senalizacion paracrina es una forma de senalizacion celular en la que una celula secreta una molecula de senalizacion que induce cambios en las celulas cercanas alterando el comportamiento o la diferenciacion celular de esas celulas Las moleculas conocidas como factores paracrinos se difunden sobre distancias relativamente cortas y ejercen su accion sobre celulas vecinas a diferencia de los factores endocrinos que viajan distancias considerables por el sistema circulatorio las interacciones juxtacrinas y la senalizacion autocrina Esquema general de las vias de transduccion de senales El efecto de los factores paracrinos en las ceculas circundantes depende del gradiente de su concentracion La distancia exacta que puede viajar un factor paracrino no se conoce con certeza Entre los ejemplos de moleculas paracrinas se encuentran las citokinas el factor de la coagulacion espermatica el factor de crecimiento la somatostatina y la histamina entre otros Para que los factores paracrinos puedan inducir una respuesta en la celula receptora esta debe poseer los receptores adecuados en la membrana celular A pesar del rango diverso de respuestas que presentan las celulas inducidas tras la union del factor paracrino a su receptor la mayor parte de los factores paracrinos utilizan un grupo relativamente pequeno y conservado de receptores y rutas de senalizacion incluso en diferentes organos y especies Las vias y receptores principales pueden ser organizados en cuatro familias principales de acuerdo a la similitud de sus estructuras la familia del factor de crecimiento de fibroblastos FGF la familia Hedgehog la familia Wnt y la superfamilia TGF b Indice 1 Familias de receptores 1 1 Factor de crecimiento de fibroblastos FGF 1 1 1 Via de los Receptores Tirosina Quinasa RTK 1 1 2 Via Jak STAT 1 2 Familia Hedgehog 1 2 1 Via de senalizacion hedgehog 1 3 Familia Wnt 1 3 1 Via de senalizacion Wnt canonica 1 3 2 Vias de senalizacion Wnt no canonicas 1 3 3 Via de senalizacion Wnt y cancer 1 4 Superfamilia TGF b 1 4 1 Via TGF b 1 4 2 Via SMAD 2 Ejemplos 3 Vease tambien 4 Referencias 5 Enlaces externosFamilias de receptores EditarFactor de crecimiento de fibroblastos FGF Editar Aunque la familia de factores paracrinos FGF tienen un amplio rango de funciones los mayores descubrimientos soportan la idea de que principalmente estimulan la proliferacion y diferenciacion celular 1 2 Para desempenar tan diversas funciones los FGF pueden ser ayustados en forma alternativa o incluso tener diferentes codones de iniciacion consiguiendo de esta forma crear cientos de diferentes isoformas de FGF 3 Una de las funciones mas importantes de los receptores para FGF FGFR se encuentra en el desarrollo de las extremidades Esta senalizacion involucra nueve isoformas diferentes del receptor obtenidos por ayuste diferencial 4 Los Fgf8 y Fgf10 son dos jugadores criticos en el desarrollo de las extremidades En la iniciacion del desarrollo de las extremidades y en el crecimiento de las mismas en ratones las senales axiales provenientes del mesodermo intermedio producen Tbx5 el cual subsecuentemente envia una senal al mesodermo para producir Fgf10 El Fgf10 posteriormente senaliza al ectodermo que comience la produccion de Fgf8 el cual ademas estimula la produccion de Fgf10 La delecion de Fgf10 provoca ratones sin miembros 5 Ademas la senalizacion paracrina de Fgf es esencial para el desarrollo del ojo de los pollos El ARNm del fgf8 aparece localizado en donde se diferencia la retina neural de la copa optica Estas celulas se encuentran en contacto con las celulas del ectodermo externo las cuales eventualmente se convierten en el cristalino 3 Fenotipo y supervivencia de los ratones luego del nocaut de algunos genes FGFR 4 Gen FGFR nocaut Supervivencia FenotipoFgf1 Viable Poco claroFgf3 Viable Oido interno diferenciacion esqueletica cola Fgf4 Letal Proliferacion de la masa interna de celulasFgf8 Letal Defecto en la gastrulacion desarrollo del SNC desarrollo de extremidadesFgf10 Letal Desarrollo de multiples organos incluyendo miembros timo pituitaria Fgf17 Viable Desarrollo cerebelarVia de los Receptores Tirosina Quinasa RTK Editar La senalizacion paracrina a traves de los factores de crecimiento de fibroblastos FGF y sus respectivos receptores FGFR hacen uso de la via de receptores tirosina quinasa Esta via de senalizacion ha sido muy estudiada utilizando los ojos de Drosophila y los canceres humanos 6 La union de los FGF a los FGFR fosforila a la quinasa inactiva y activa la via de las RTK Esta via comienza en la superficie de la membrana celular donde un ligando se une a su receptor especifico Los ligandos que se unen a los RTKs incluyen los factores de crecimiento de fibroblastos factores de crecimiento epidermico factores de crecimiento derivados de plaquetas y factor de celulas madres 6 Esto provoca que el receptor transmembrana se dimerice con otro receptor RTK lo que causa la autofosforilacion y el subsecuente cambio conformacional del receptor homodimerizado Este cambio conformacional activa el sitio quinasa inactivo de cada RTK sobre un residuo de tirosina Debido al hecho de que el receptor se extiende atravesando la membrana a partir del ambiente extracelular a traves de la bicapa lipidica y al interior del citoplasma la union del receptor al ligando ademas causa la transfosforilacion del dominio citoplasmatico del receptor 7 Una proteina adaptadora tal como la SOS reconoce a la tirosina fosforilada en el receptor Esta proteina funge como puente que conecta al RTK a una proteina intermedia tal como la GNRP comenzando la cascada de senalizacion intracelular Mientras tanto la proteina intermedia estimula a la Ras unida a GDP para formar Ras activa unida a GTP La GAP eventualmente regresa a la Ras a su estado inactivo La activacion de la Ras tiene el potencial de iniciar tres vias de senalizacion corriente abajo la via Ras Raf MAP quinasa la via de la quinasa PI3 y la via de la Ral Cada via conduce a la activacion de factores de transcripcion los cuales ingresan al nucleo para alterar la expresion de genes 8 Diagrama que muestra los componentes fundamentales de una via de transduccion de senales El receptor RTK y el cancerSe ha demostrado que la senalizacion paracrina de factores de crecimiento entre celulas vecinas exacerba la carcinogenesis De hecho las formas mutantes de RTK desemparejados pueden desempenar un rol causal en varios tipos diferentes de cancer Los protooncogenes Kit codifican para un receptor de tipo tirosina quinasa cuyo ligando es una proteina paracrina llamada factor de celula stem SCF el cual es importante en la hematopoyesis la genesis de las celulas de la sangre 9 El receptor Kit y los receptores tipo tirosina quinasa relacionados de hecho son inhibitorios y suprimen efectivamente el disparo del receptor Las formas mutantes del recepto Kit las cuales se disparan constitutivamente en forma independiente a la union con su ligando se han encontrado en varios tipos de neoplasias malignas 10 Via del RTK y cancerLas investigaciones sobre cancer de tiroides han contribuido a la nocion de que la senalizacion paracrina podria ayudar a crear un microambiente dentro de los tumores La transcripcion de quimiocinas se encuentra regulada a la alza cuando la proteina Ras se encuentra en su estado basal unida a GTP Las quimiocinas se liberan entonces de las celulas libres para unirse a otra celula cercana La senalizacion paracrina entre celulas vecinas crea este bucle de retroalimentacion positiva De esta forma la transcripcion constitutiva de proteinas reguladas a la alza forma un ambiente ideal para el desarrollo de los tumores 11 Efectivamente la union de multiples ligandos al receptor RTK sobreestimula la via Ras Raf MAPK la cual sobreexpresa la capacidad mitogenica e invasiva de las celulas 12 Via Jak STAT Editar Ademas de a la via RTK los factores de crecimiento de fibroblastos pueden activar tambien a la cascada de senalizacion Jak STAT En lugar de contener dominios tirosina quinasa asociados covalentemente los receptores Jak STAT forman complejos no covalentes con las tirosina quinasas de la clase Jak Janus quinasa Esta clase de receptores se unen por ejemplo a la eritropoyetina importante para la eritropoyesis trombopoyetina importante para la formacion de plaquetas e interferon importante para la funcion inmune mediada por celulas 13 Luego de la dimerizacion de los receptores de citoquinas que sigue a la union a sus ligandos los receptores Jak se transfosforilan uno a otro Las fosfotirosinas resultantes atraen a proteinas STAT Las proteinas STAT se dimerizan e ingresan al nucleo para actuar como factores de transcripcion alterando la expresion de genes 13 En particular las proteinas STAT transcriben genes que contribuyen a la proliferacion y supervivencia celular tales como los genes myc 14 Fenotipo y supervivencia de ratones luego del noqueo de algunos genes Jak o STAT 15 Gen noqueado Supervivencia FenotipoJak1 Letal Deficits neurologicosJak2 Letal Fallas en la eritropoyesisStat1 Viable Enanismo humano y sindromes de craneosinostosisStat3 Letal Fenotipos de tejidos especificosStat4 Viable Diferenciacion defectuosa de Th1 dependiente de IL 12 aumento en la susceptibilidad a patogenos intracelularesVias Jak STAT aberrantes y mutaciones oseasLa via Jak STAT es un instrumento fundamental en el desarrollo de las extremidades especificamente en su capacidad para regular el crecimiento oseo a traves de la senalizacion paracrina por medio de citoquinas Sin embargo las mutaciones en esta via han sido implicadas en varias formas de enanismo enanismo acondroplasico viable y displasia tanatoforica letal 16 Esta ultima es debido a una mutacion en el gen del factor de crecimiento de fibroblastos que causa una activacion prematura y constitutiva del factor de transcripcion Stat1 Como resultado la division de los condrocitos termina prematuramente resultando en un enanismo letal Las celulas de las placas de crecimiento de costillas y miembros no lo transcriben Como resultado la incapacidad de la caja toracica para expandirse evita que el feto pueda acomodar los organos del torax y en caso de llegar al nacimiento evita que pueda respirar 17 La via Jak STAT y el cancerLas investigaciones es las vias de senallizacion Jak STAT revelaron su potencial en la activacion de comportamiento invasivo de las celulas epiteliales ovaricas Esta transicion de epitelial a mesenquimal es altamente evidente en las metastasis 18 La senalizacion paracrina a traves de la via Jak STAT es necesaria para la transicion de celulas epiteliales estaticas a celulas mesenquimatosas moviles las cuales son capaces de invadir los tejidos aledanos Hasta el momento se ha encontrado que solo la via Jak STAT es capaz de inducir celulas migratorias 19 Familia Hedgehog Editar La familia de proteinas hedgehog se encuentra involucrada en la induccion de los tipos celulares y en la creacion de limites de tejidos y patrones y se encuentran en todos los organismos bilaterales Las proteinas hedgehog fueron descubiertas por primera vez y estudiadas en Drosophila Las proteinas hedgehog producen senales clave para el establecimiento y desarrollo de los miembros el plan general de construccion del organismo de las mosquitas de la fruta como asi tambien en la homeostasis de los tejidos adultos se encuentran involucradas en la embriogenesis tardia y en la metamorfosis Se han encontrado al menos tres homologos de las proteinas hedgehog en los vertebrados la sonic hedgehog desert hedgehog e indian hedgehog La proteina sonic hedgehog SHH posee varios roles en el desarrollo de los vertebrados donde media la senalizacion y regulacion de la organizacion del sistema nervioso central extremidades y la polaridad en la embriogenesis de los somites La proteina desert hedgehog DHH se expresa en las celulas de Sertoli las que participan en la espermatogenesis Finalmente la proteina indian hedgehog IHH se expresa en intestino y cartilago donde desempena un importante papel en el crecimiento oseo posnatal 20 21 22 Via de senalizacion hedgehog Editar Produccion del represor transcripcional CiR cuando Hh no se encuentra unido a Patched En el diagrama P representa al fosfato Cuando Hh se encuentra unido a Patched PTCH la proteina Ci esta capacitada para actuar como un factor de transcripcion en el nucleo Los miembros de la familia de proteinas Hedgehog actuan por medio de la union a un receptor Patched transmembrana el cual se encuentra unido a la proteina Smoothened por medio de la cual la senal Hedgehog puede ser transducida En ausencia de Hedgehog el receptor Patched inhibe la accion de Smoothened La inhibicion de Smoothened produce que el complejo formado por las proteinas Cubitus interruptus Ci Fused y Cos que se encuentra unido a los microtubulos permanezca intacto En esta conformacion la proteina Ci se escinde de forma tal que una porcion de la proteina se capacita para entrar al nucleo y actuar como un represor transcripcional En presencia de Hedgehog Patched ya no es capaz de inhibir a Smoothened Luego la proteina Smoothened activa es capaz de inhibir a la PKA y Slimb de forma tal que la proteina Ci no resulta escindida Esta proteina Ci intacta puede ingresar al nucleo asociada con la proteina CPB y actuar como activador transcripcional induciendo la expresion de los genes que responden a Hedgehog 22 23 24 Via de senalizacion Hedgehog y cancerLa via de senalizacion Hedgehog es critica para un apropiado bosquejado y orientacion de los tejidos durante el desarrollo normal de la mayor parte de los animales Las proteinas Hedgehog inducen la proliferacion celular de ciertos tipos celulares y la diferenciacion de otros La activacion aberrante de la via Hedgehog ha sido implicada en varios tipos de cancer en particular de los carcinomas de celulas basales Esta activacion descontrolada de las proteinas Hedgehog puede ser causada por mutaciones en la via de la senal la cual puede ser independiente de ligando o una mutacion que causa la sobreexpresion de la proteina Hedgehog la cual es dependiente del ligando Esta conexion entre la via de senalizacion Hedgehog y los canceres humanos pueden resultar providenciales para una posible intervencion terapeutica como asi para el tratamiento de estos tipos de cancer La via de senalizacion Hedgehog se encuentra involucrada en la regulacion normal de las poblaciones de celulas madre y es necesaria para la regeneracion y crecimiento de los organos danados Esta puede ser otra posible ruta para la tumorogenesis involucrando a la via Hedgehog 25 26 27 Familia Wnt Editar Diagrama de las tres principales vias de senalizacion Wnt en transduccion biologica de senales La familia de proteinas Wnt incluye un gran numero de glicoproteinas ricas en cisteina Las proteinas Wnt activan cascadas de transduccion de senales por medio de tres diferentes vias la via Wnt canonica la via Wnt no canonica de polaridad celular planar y la via no canonica Wnt Ca2 Las proteinas Wnt parecen controlar un amplio rango de procesos de desarrollo y han mostrado ser necesarias para el control de la orientacion del huso acromatico polaridad celular adhesion mediada por caderinas y desarrollo temprano de embriones de muchos organismos diferentes Las investigaciones actuales han indicado que la desrregulacion de la senalizacion Wnt desempena un rol en la formacion de tumores porque a nivel celular las proteinas Wnt a menudo regulan la proliferacion celular morfologia celular motilidad celular y destino celular 28 Via de senalizacion Wnt canonica Editar Via de senalizacion Wnt sin Wnt En la via canonica las proteinas Wnt se unen a su receptor transmembrana de la familia de proteinas Frizzled La union de Wnt a las proteinas Frizzled activa a la proteina Dishevelled En su estado activo al proteina Dishevelled inhibe la actividad de la enzima glicogeno sintasa quinasa 3 GSK3 Normalmente la GSK3 activa previene la disociacion de la b catenina de la proteina APC lo que desemboco en la degradacion de la b catenina De esta forma la GSK3 inhibida permite a la b catenina disociarse de la APC acumularse y migrar hacia el nucleo En el nucleo la b catenina se asocia al factor de transcripcion Lef Tcf el cual se encuentra funcionando como un represor del ADN inhibiendo al transcripcion de los genes a los que se encuentra unido La union de la b catenina al Lef Tcf funciona como un activador de la transcripcion activando la transcripcion de los genes que responden a Wnt 29 30 31 Vias de senalizacion Wnt no canonicas Editar Las vias de senalizacion Wnt no canonicas proveen una via de transduccion para Wnt que no involucra a la b catenina En las vias no canonicas Wnt afecta al citoesqueleto de actina y microtubulos como asi tambien a la transcripcion genica La via no canonica de polaridad celular planar PCP Via no canonica de polaridad planar celular La via no canonica PCP regula la morfologia celular la division celular y la motilidad celular En esta via nuevamente las proteinas Wnt se unen a Frizzled y la activan de tal forma que Frizzled activa a la proteina Dishevelled que se encuentra anclada a la membrana celular por medio de una proteina Prickle y una proteina Stbm transmembrana La proteina Dishelvelled activada a su vez activa la proteina RhoA una GTPasa a traves del activador de morfogenesis 1 asociado a Dishelvelled Daam1 y la proteina Rac La proteina RohA activada se encuentra de esta forma capacitada para inducir cambios en el citoesqueleto activando a la quinasa asociada a RohA ROCK y de esta forma afectar directamente a la transcripcion de genes La Rac activada puede inducir directamente cambios en el citoesqueleto y afectar a la transcripcion de genes a traves de la activacion de JNK 29 30 31 La via no canonica Wnt Ca2 Via no canonica Wnt calcio La via no canonica Wnt Ca2 regula los niveles intracelulares de calcio En esta via nuevamente Wnt se una a Frizzled y la activa Sin embargo en este caso la proteina Frizzled activada provoca que una proteina G acoplada active a una fosfolipasa PLC la cual interactua con PIP2 y lo escinde en DAG e IP3 El IP3 puede luego unirse a un receptor en el reticulo endoplasmatico para inducir la liberacion intracelular de los depositos de calcio para de esta forma inducir la expresion de genes dependiente de calcio 29 30 31 Via de senalizacion Wnt y cancer Editar Las vias de senalizacion Wnt son criticas en la comunicacion y senalizacion celula celula durante la embriogenesis y el desarrollo normal y es necesario para el mantenimiento del tejido adulto por lo tanto no es dificil entender por que una disrupcion en las vias de senalizacion Wnt puede promover la aparicion de enfermedades degenerativas y cancer Las vias de senalizacion Wnt son complejas implican a varios elementos diferentes y por lo tanto poseen numerosas dianas donde pueden presentarse defectos en la regulacion Las mutaciones que provocan una activacion constitutiva de las vias Wnt pueden desembocar en la formacion de tumores y cancer La activacion aberrante de las vias Wnt pueden aumentar la proliferacion celular Las investigaciones actuales se encuentran centradas en la accion de las vias Wnt en la regulacion de la eleccion de las celulas madres entre proliferar o autorenovarse Esta accion de las vias Wnt en el posible control y mantenimiento de las celulas madre puede proveer un posible tratamiento para los tipos de cancer que exhiben un comportamiento Wnt aberrante 32 33 34 Superfamilia TGF b Editar Los Factores de Crecimiento Transformantes TGF Transforming Growth Factor son una familia de proteinas que comprende a 33 miembros cada uno de los cuales es un polipeptido dimerico secretado que regulan el desarrollo 35 Muchos procesos de desarrollo se encuentran bajo su control entre ellos la gastrulacion simetria axial del organismo morfogenesis de los organos y homeostasis de los tejidos adultos 36 Todos los ligandos TGF b se unen ya sea a receptores de tipo I o tipo II para crear complejos heterotetramericos 37 Via TGF b Editar La via de senalizacion TGB beta regula muchos procesos celulares que intervienen en el desarrollo del embrion y en el funcionamiento del organismo adulto incluyendo crecimiento celular diferenciacion apoptosis y homeostasis Existen cinco tipos de receptores de tipo II y siete receptores de tipo I tanto en humanos como en otros mamiferos Estos receptores se conocen como quinasas de especificidad dual debido a que su dominio quinasa citoplasmatico posee una actividad tirosina quinasa debil pero una potente actividad quinasa de serina treonina 38 Cuando un ligando de la superfamilia TGB b se une a un receptor de tipo II este recluta a los receptores de tipo I y los activa fosforilando los residuos serina y treonina en su caja GS 39 Esto produce un complejo d activacion que puede luego fosforilar a las proteinas SMAD por medio de fosrorilacion Via SMAD Editar Existen tres clases de SMADs SMADs reguladas por receptor R SMAD SMADs de mediador comun Co SMAD SMADs inhibitorias I SMAD Ejemplos de SMADs de cada clase 40 41 42 Class SMADsR SMAD SMAD1 SMAD2 SMAD3 SMAD5 y SMAD8 9Co SMAD SMAD4I SMAD SMAD6 y SMAD7La superfamilia TGF b activa a los miembros de la familia SMAD las cuales funcionan como factores de transcripcion Especificamente el receptor tipo I activado por el receptor tipo II fosforila a las R SMADs que posteriormente se une a la co SMAD SMAD4 Las R SMAD Co SMAD forman un complejo con la importina e ingresa al nucleo donde actuan como factores de transcripcion ya sea regulando a la alza o a la baja la expresion de sus genes objetivo Algunos ligandos TGF b especificos desembocan en la activacion ya sea de las R SMADs SMAD2 3 o de las SMAD1 5 Por ejemplo cuando la activina NODAL o TGF b se unen a los receptores el complejo receptor fosforilado es capaz de activar a la SMAD2 y SMAD3 fosforilandolas Sin embargo cuando un ligando BMP se une a su receptor el complejo receptor fosforilado activa a la SMAD1 y la SMAD5 Luego los complejos SMAD 2 3 o SMAD 1 5 forman un dimero complejo con SMAD4 y se convierten en factores de transcripcion Aunque hay muchos R SMADs involucrados en la via solo existe un co SMAD el SMAD4 43 Ejemplos EditarLos factores de crecimiento y factores de coagulacion son agentes de senalizacion paracrinos La accion local de la senalizacion de los factores de crecimiento desempena un papel especialmente importante en el desarrollo de los tejidos Ademas el acido retinoico la forma activa de la vitamina A actua en forma de factor paracrino regulando la expresion de genes durante el desarrollo embrional en los animales superiores 44 Las citokinas son un grupo de proteinas que inician la respuesta inflamatoria usualmente como resultado de una infeccion Generalmente inducen la secrecion de otras citokinas moleculas gaseosas de senalizacion como el oxido nitrico NO prostaglandinas y Leucotrienos Entre las principales citokinas proinflamatorias se encuentran el factor de necrosis tumoral TNF a las interleucinas IL 1 IL 6 e IL 8 y los Interferones 45 En los insectos la allostatina controla el crecimiento por medio de una accion paracrina en la corpora allata cita requerida En los organismos maduros la senalizacion paracrina se encuentra involucrada en las respuestas a alergenos reparacion de tejidos formacion de tejido cicatrizal y coagulacion de la sangre cita requerida Vease tambien EditarSistema endocrino Comunicacion celularReferencias Editar Gospodarowicz D Ferrara N Schweigerer L Neufeld G 1987 Structural Characterization and Biological Functions of Fibroblast Growth Factor Endocrine Reviews 8 2 95 114 PMID 2440668 doi 10 1210 edrv 8 2 95 Rifkin Daniel B Moscatelli David 1989 Recent developments in the cell biology of basic fibroblast growth factor The Journal of Cell Biology 109 1 1 6 JSTOR 1613457 PMC 2115467 PMID 2545723 doi 10 1083 jcb 109 1 1 a b Lappi Douglas A 1995 Tumor targeting through fibroblast growth factor receptors Seminars in Cancer Biology 6 5 279 88 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