Transducción de Señales y Receptores

La transducción de señales es el conjunto de procesos mediante los cuales una célula detecta una señal externa y la convierte en una respuesta intracelular. Una molécula señalizadora se une a un receptor —en la superficie celular o dentro de la célula—, lo que inicia una cascada de eventos moleculares que transmite, amplifica e integra la información antes de que la célula responda. Los receptores son el punto de entrada de esta conversión, otorgando a las células la especificidad para reaccionar a señales particulares.

Definition

La transducción de señales es la conversión de un estímulo extracelular o intracelular, detectado por un receptor específico, en una secuencia de eventos bioquímicos intracelulares que producen una respuesta celular.

Scope

La entrada cubre las principales clases de receptores (receptores acoplados a proteínas G, receptores tirosina quinasa y receptores intracelulares), los componentes de relevo que propagan las señales (proteínas G, proteínas quinasas y fosfatasas, y GTPasas pequeñas), y los principios de amplificación, integración y terminación. Trata la señalización como un tema de referencia en biología celular y no como una guía clínica.

Core questions

• ¿Cómo distingue un receptor su señal del fondo molecular?
• ¿Cómo se transmite un evento de unión en la superficie al citoplasma y al núcleo?
• ¿Cómo se amplifican las señales pero se mantienen específicas?
• ¿Cómo se desactivan y reinician las cascadas de señalización?

Key concepts

• Unión ligando-receptor y especificidad
• Receptores acoplados a proteínas G
• Receptores tirosina quinasas
• Receptores intracelulares (nucleares)
• Cascadas de proteínas quinasas
• Señalización por MAP quinasas
• Amplificación, integración y terminación de señales

Key theories

La fosforilación proteica reversible como interruptor de señalización

Las proteínas quinasas añaden y las fosfatasas eliminan grupos fosfato, actuando como interruptores opuestos que activan y desactivan las proteínas de señalización; esta modificación covalente reversible es un mecanismo central para propagar y regular las señales.

Interruptores moleculares de GTPasa

Las proteínas G heterotriméricas y pequeñas ciclan entre estados activos unidos a GTP e inactivos unidos a GDP, con reguladores que promueven la activación o aceleran la hidrólisis de GTP, proporcionando un control de encendido/apagado temporizado de la señalización posterior.

Mechanisms

Una molécula señalizadora se une a un receptor con alta especificidad. Los receptores de la superficie celular se dividen en clases principales: los receptores acoplados a proteínas G activan proteínas G heterotriméricas que actúan como interruptores moleculares; las tirosina quinasas de receptores se dimerizan y autofosforilan para reclutar efectores posteriores; y las señales lipofílicas atraviesan la membrana para alcanzar receptores intracelulares que actúan sobre la expresión génica. Posteriormente, las señales se propagan en gran medida por fosforilación proteica reversible, en la que quinasas y fosfatasas activan y desactivan proteínas diana, y por GTPasas pequeñas que ciclan entre estados unidos a GTP y GDP. Cascadas de múltiples niveles, como las vías de las MAP quinasas, amplifican y dirigen las señales, mientras que la misma arquitectura permite la integración de múltiples entradas. La internalización de receptores por endocitosis vincula la señalización con el tráfico y ayuda a terminar o redirigir la respuesta. La terminación —a través de la actividad de la fosfatasa, la hidrólisis de GTP y la regulación a la baja del receptor— restablece el sistema para la siguiente señal.

Clinical relevance

La transducción de señales rige cómo las células responden a hormonas, factores de crecimiento y neurotransmisores, y la alteración de la señalización es fundamental para comprender muchos procesos patológicos, razón por la cual los receptores y las enzimas de señalización son ampliamente estudiados como dianas farmacológicas. Esta entrada describe los mecanismos de señalización como referencia y no constituye una base para el diagnóstico o tratamiento.

History

El concepto de receptor y el descubrimiento del AMP cíclico como segundo mensajero a mediados del siglo XX establecieron que las señales de superficie se transmiten dentro de la célula. Las décadas posteriores resolvieron las principales familias de receptores, el papel de las proteínas G y los interruptores de GTPasa, y el lugar central de la fosforilación proteica reversible, con cascadas de quinasas como las vías de las MAP quinasas convirtiéndose en marcos organizadores. Trabajos más recientes integraron la señalización con el tráfico de membrana, mostrando que la endocitosis moldea la duración y la ubicación de las señales.

Key figures

• Tony Hunter
• Elliott M. Ross
• Mark von Zastrow

Seminal works

• hunter-1995
• ross-wilkie-2000

Frequently asked questions

¿Qué es un receptor en la señalización celular?

Un receptor es una proteína que se une específicamente a una molécula señalizadora y, al unirse, inicia una respuesta intracelular; los receptores pueden ubicarse en la membrana plasmática o dentro de la célula, dependiendo de si la señal puede cruzar la membrana.

¿Cómo se amplifican las señales dentro de la célula?

Cada receptor activado puede desencadenar muchas moléculas posteriores, y las cascadas de quinasas de múltiples niveles y los segundos mensajeros multiplican el efecto, de modo que un pequeño número de eventos de unión puede producir una gran respuesta celular.