definición
la señalización celular se refiere a la capacidad de una célula para percibir información del entorno extracelular y responder adecuadamente. Esto es muy importante dado que la forma en que la célula responde tiene un impacto directo en varios procesos celulares.,
usando algunos organismos unicelulares como ejemplo, tienen que ser capaces de detectar nutrientes o material tóxico, etc. en su entorno para responder de manera efectiva. Cuando sienten la presencia de nutrientes, pueden moverse en la dirección de los nutrientes, ya que el metabolismo es importante para el crecimiento y la reproducción.
además, la detección de materiales tóxicos les permite distanciarse de ellos o desarrollar mecanismos de afrontamiento que les permitirían sobrevivir.,
Generally, information from the external environment comes in the form of signaling molecules known as ligands.
Some examples of ligands include:
- Some proteins – E.g., Bone Morphogenetic Proteins (BMP ligands) and hormones like insulin
- Hydrophobic molecules like steroids
- Ions like calcium ions
- Some gases – E.g. nitric oxide
Four Steps of Cell Signaling
While cell receptors and the type of signaling molecules may vary, a similar pattern is evident it comes to cell signaling., Esta sección se centrará en cuatro (4) etapas/pasos principales que están presentes en diferentes vías de señalización celular.,ows:
a – el ligando se detecta y se une a la célula receptor en la superficie celular
b – el ligando causa un cambio conformacional del receptor y resulta en la producción de moléculas de relé
C – las moléculas de relé, que actúan como mensajeros secundarios, llevan la información al Sitio objetivo e influyen en la respuesta celular (e.,g. gene expression to produce given proteins etc)
Step 1: Reception
la recepción de señales es el primer paso de la señalización celular e implica la detección de moléculas de señalización que se originan en el entorno extracelular. Aquí, las moléculas (ligandos) se detectan cuando se unen a los receptores celulares.,
en sus respectivos entornos, diferentes tipos de células (organismos unicelulares, células de organismos multicelulares, etc.) entran en contacto con diferentes tipos de Señales, la mayoría de las cuales son de naturaleza química. Para que la señal se transduce en la ruta de señalización intracelular, entonces la recepción de la molécula/ligando de señalización tiene que ocurrir.
generalmente, hay dos mecanismos a través de los cuales esto se puede lograr., Uno de estos mecanismos implica la Unión de las moléculas / ligandos a los receptores ubicados en la superficie de la célula.
debido a las diferentes funciones celulares, particularmente en organismos multicelulares, sus receptores son específicos para determinadas moléculas que influyen en sus respuestas.
mientras que los receptores de dopamina ubicados en algunas células del sistema nervioso se unen específicamente a la dopamina, los receptores de insulina que se encuentran en la superficie de muchas células del cuerpo se unen a la insulina., Aquí, los receptores acoplados a la proteína G (GPCR) y los receptores enlazados a enzimas son dos de los tipos más comunes de receptores que se unen a diferentes tipos de ligandos químicos.
además de unirse a los receptores celulares, algunos de los ligandos pasan o se difunden a través de la membrana celular, lo que les permite ingresar a la célula y unirse a los receptores ubicados en el núcleo o citoplasma. Aquí, los ligandos ganan entrada en la célula a través de canales dependientes de ligando también conocidos como receptores ionotrópicos.,
como su nombre indica, estos canales permiten el paso de iones como el calcio, el sodio y el potasio. Estos tipos de receptores se pueden encontrar en las células nerviosas y se ha demostrado que funcionan junto con otros tipos de receptores y señales.
para que los canales se abran (por ejemplo, en la unión neuromuscular), otra señal tiene que unirse al receptor. Esto influye en los receptores del canal para abrir que a su vez permite el movimiento de iones.,
Paso 2: inducción
la transducción es el segundo paso de la señalización celular e implica la Unión de moléculas de señalización al receptor que a su vez inicia una serie de eventos vía de transducción. Aparte de algunos de los ligandos (por ejemplo, iones) que realmente entran en la célula a través de la membrana celular, la mayoría de los ligandos no entran en la célula porque son demasiado grandes, etc.,
por esta razón, sus actividades solo influyen en los receptores a los que se unen, causando cambios conformacionales en los receptores que a su vez influyen en una cascada de eventos a través de los cuales la información se comunica a la célula.
el cambio conformacional de los receptores (proteínas transmembranas) después de que se unen a los ligandos es importante, ya que les permite liberar señales (señales químicas) en la célula o unirse a otros componentes dentro de la célula.,
por ejemplo, después de esta activación (cambio de forma), el receptor puede unirse a proteínas como la proteína G que normalmente se encuentra en la superficie interna de la membrana. Como resultado, la proteína se activa para unirse a otra proteína unida a la membrana (por ejemplo, una enzima) causando que experimente un cambio conformacional.
como resultado, la enzima libera una molécula de señalización (por ejemplo, cAMP) capaz de difundirse en la célula donde puede interactuar con el componente objetivo para iniciar una respuesta., En este caso, el cAMP actúa como el segundo mensajero, mientras que el ligando (ligando que primero se une al receptor celular) es el mensajero primario.
dado que el segundo receptor o secundario sirve para amplificar el mensaje que fue presentado por el ligando, también actúa como un mensajero.
también vale la pena señalar que después de la Unión del ligando al receptor, muchos mensajeros secundarios se producen dentro de la célula (la señal se amplifica en la célula)., Por esta razón, la célula no requiere necesariamente una alta cantidad de ligandos para iniciar una respuesta. Esto significa que para cada ligando que se une al receptor, se producen muchos mensajeros secundarios.
para algunas células, la Unión del ligando al receptor resulta en cambios de conformación del receptor liberando una molécula de relé en la célula (por ejemplo, en una cascada de fosforilación). La molécula luego va a interactuar con otras proteínas intracelulares en lo que se conoce como una cascada de fosforilación.,
aquí, las moléculas intercambian grupos de fosfato en una reacción en cadena que finalmente permite que la señal active el componente objetivo e inicie una reacción celular. En una endocitosis mediada por receptores, las moléculas de señal se unen primero a los receptores, seguido de invaginación de la membrana donde los receptores y las moléculas de señal están contenidos en un hoyo que forma una vesícula. Esto permite que las moléculas sean transportadas a la célula donde son liberadas de las vesículas y alcanzan el componente objetivo.,
A diferencia de las moléculas de señalización, los receptores son transportados de vuelta a la membrana donde el proceso puede repetirse. En un caso donde los receptores están en el citoplasma o en el núcleo, tales moléculas de señal como el óxido nítrico simplemente pasan a través de la membrana para unirse a estos receptores. Aquí, sin embargo, la mayoría de estas señales solo es probable que pasen si son pequeñas en tamaño y no polares.,
Paso 3: Respuesta
El tercer paso de la señalización celular es que se trate con respuestas celulares específicas a la información presentada por la molécula de señalización. Como ya se mencionó, la señalización celular se refiere al proceso a través del cual una célula es capaz de percibir información y responder adecuadamente.
en el tercer paso de la señalización celular, la célula puede responder de varias maneras dependiendo de la señal que recibió., Mientras que la célula puede responder simplemente aumentando o disminuyendo el proceso metabólico a través del aumento o disminución de la ingesta de glucosa, la respuesta también puede implicar la regulación de la expresión génica donde ciertos genes se activan o desactivan dependiendo de ciertos procesos. En última instancia, sin embargo, la célula tiene que responder adecuadamente a la señal.,
Usando el metabolismo como ejemplo, un aumento en el monofosfato cíclico de adenosina (cAMP) en la célula activa la enzima quinasa a que está involucrada en la fosforilación de dos enzimas (fosforilasa quinasa y glucógeno sintasa).
mientras que la enzima fosforilasa quinasa está involucrada en la conversión de glucógeno en glucosa, la glucógeno sintasa actúa impidiendo la conversión de glucosa en glucógeno. El exceso de glucosa en el cuerpo se almacena en forma de glucógeno.,
por lo tanto, al convertir el glucógeno en glucosa al tiempo que evita la conversión de glucosa en glucógeno, estas enzimas promueven la descomposición de la glucosa en el cuerpo para producir más energía. Aquí, entonces, la vía de señalización aumenta la tasa de metabolismo de la glucosa cuando el cuerpo requiere más energía.,
Paso 4: Restablecer
Aunque este paso es omitido en la literatura, es uno de los pasos de la señalización celular. Aquí, la celda se restablece al estado normal. Durante este paso final, la molécula de señal se separa del receptor celular que a su vez detiene la serie de eventos que permiten que la célula responda.,
por esta razón, la maquinaria celular involucrada en la transducción vuelve a su estado original mientras esperan otra señal. Por lo tanto, este es un paso importante de la señalización celular, ya que permite que el ciclo comience de nuevo y continúe a medida que la célula recibe nuevas señales.
también garantiza que la celda no continúe respondiendo cuando no es necesario. Esto regula varios procesos celulares y previene las funciones celulares anormales.,
Pathways
mientras que la mayoría de las vías comparten los mismos pasos básicos de señalización celular (recepción, transducción, respuesta, restablecimiento), hay diferentes vías.
algunas de estas vías incluyen:
Notch signaling pathway – la vía de señalización notch es una de las vías más comunes vías en la señalización celular., Es una vía importante involucrada en el desarrollo y la homeostasis en organismos multicelulares. Si bien está involucrado en el desarrollo de la red arterial ramificada, también está involucrado en la muerte celular y la supresión de tumores.
en los mamíferos, hay cuatro (4) tipos de receptores notch que incluyen NOTCH1, NOTCH2, NOTCH3 y NOTCH4. También hay dos tipos principales de ligandos que se unen a estos receptores que incluyen miembros de la familia de proteínas dentadas, así como miembros de la familia de proteínas tipo Delta.,
en este tipo de vía, el ligando (molécula de señalización) es enviado por otra célula que consiste en más ligandos (por ejemplo, más proteínas similares a DLL – Delta) que los receptores Notch. Por lo tanto, la célula con más receptores recibirá las señales y responderá. En este tipo de señalización, hay dos mensajeros, a saber, el mensajero primario y el secundario.,
mientras que las moléculas de señal como las proteínas tipo Delta actúan como el mensajero primario, el dominio intracelular de Notch producido después de la Unión del mensajero primario actúa como el mensajero secundario dentro de la célula.
Akt/PKB signaling pathway – este tipo de Vía está involucrada en una serie de procesos celulares que incluyen apoptosis, angiogénesis, metabolismo y diferenciación, etc. Como su nombre indica, la principal proteína involucrada en esta vía es la proteína quinasa B., Aquí, el receptor principal es RTK (receptor tirosina quinasa).
Normalmente, este receptor existe como monómeros y solo forma dímeros cuando el ligando se une (por ejemplo, factor de crecimiento). Esto resulta en la producción de un mensajero secundario dentro de la célula que finalmente desencadena la respuesta celular. Aquí, la célula puede responder preparándose para la división celular de sustancias productoras que impulsan la muerte celular, etc.,
vía de señalización Hedgehog – En diferentes tipos de animales, la vía de señalización Hedgehog es necesaria para la correcta diferenciación de las células y por lo tanto para el desarrollo de las diferentes partes del cuerpo. Como su nombre indica, la principal molécula de señalización en esta vía se conoce como la proteína Hedgehog (HH).,
a través de una serie de eventos, la molécula de señalización activa en última instancia determinados genes en el núcleo que a su vez permite a la célula responder en varios procesos celulares tales como reparación de tejidos y crecimiento, etc.
vía de señalización Wnt – este tipo de señalización involucra principalmente diferentes tipos de factores estimulantes del crecimiento. Como tal, juega un papel importante en el desarrollo embrionario (particularmente el desarrollo del corazón)., El ligando (Wnt) es producido por los exosomas y activa el receptor celular (Frizzed) cuando se une.
a su vez, esto activa (fosforila) la molécula LRP que luego induce la translocación del complejo de destrucción. En última instancia, esto resulta en la elevación de los niveles de beta-catenina que a su vez activa la expresión de la ciclina D1 involucrada en la proliferación celular.,mTOR signaling pathway
Technology
Given that cell signaling involves the detection and binding of signal molecules to cell receptors in order to induce specific cellular responses, researchers have taken advantage of this mechanism to develop drugs and chemicals aimed at influencing given responses.,
en el desarrollo de fármacos, las moléculas se desarrollan con el objetivo de identificar un objetivo dado en la superficie celular o dentro de la célula con el objetivo de influir en las respuestas dadas. Por lo tanto, la señalización es una de las áreas más importantes en el descubrimiento de fármacos.
actualmente, se ha centrado más en el desarrollo de fármacos que aprovecharán la señalización celular para desarrollar fármacos para el tratamiento de enfermedades cardiovasculares, Enfermedades de Alzheimer, así como para la curación de heridas.,
además del desarrollo de fármacos, nuevos estudios están aprovechando la señalización celular para la fabricación de diferentes tipos de proteínas entre otras moléculas en biotecnología. Aquí, las células son influenciadas para participar en la síntesis de proteínas, así como otras moléculas.
esencialmente, esto implica aprovechar el mismo mecanismo utilizado in vivo. Esto ha demostrado ser particularmente eficaz utilizando diferentes tipos de células, incluyendo bacterias y algunos protistas.,
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Gerhard Krauss. (2008). Basics of Cell Signaling. Biochemistry of Signal Transduction and Regulation. 4th Edition.,
Jineetkumar Gawad, Bhakti Chavan, Pradeep Bawane, Amol Mhaske and Savita Tauro. (2015). Visión General De La Señalización Celular Y La Comunicación Celular.
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