¿Cómo es posible que millones de células en tu cuerpo trabajen juntas y coordinadas para hacer que sientas hambre en tu estómago o saques el dedo cuando te quemás?
La respuesta está en un lenguaje invisible que mantiene todo en orden: la señalización celular.
Hola, soy Euge y esto es Canal Mitocondria ♥ Hoy vamos a hablar de la señalización celular, el proceso por el cual las células se comunican para coordinar funciones vitales. Desde el crecimiento hasta la respuesta a una herida, pasando por el ciclo menstrual y el hambre, todo depende de este intrincado sistema. Es un concepto central e indispensable para la biología, si estás estudiando alguna carrera de este estilo, lo vas a ver una y otra y otra vez. Así que mejor dedicarle tu tiempo a entenderlo bien.
El concepto básico de la señalización celular es convertir información de entrada en una respuesta fisiológica. Esa información puede ser externa, por ejemplo tener frío, o interna, como un desbalance de azúcar en sangre. Ante esa información, el cuerpo debe coordinar una o más respuestas fisiológicas para “atender” esta situación: Como temblar o liberar insulina.
Vamos a ver muchos tipos de señalización, de receptores y de mensajeros, pero el concepto que hay que tener en cuenta es siempre el mismo: Información que se transmite por medio de mensajeros, hacia alguna célula que va a producir una respuesta a esa información.
Elementos fundamentales de la señalización
Hay elementos clave de la señalización que tenemos que conocer. Primero se los presento por si son ansiosos como yo, y después los vamos viendo más en profundidad:
Célula emisora: La primera célula que emite la señal en forma de…
Mensajeros primarios: Las moléculas que inician la comunicación, como hormonas o neurotransmisores.
Célula diana o receptora: La señalización celular debe ser específica para la célula a la que está dirigida, que recibe al mensajero primario por medio de…
Receptores: Proteínas que reconocen los mensajes y los traducen a una respuesta química.
Mensajeros secundarios: Moléculas que están dentro de la célula, que amplifican y transmiten la señal, produciendo lo que se llama una...
Cascada de señalización: También llamada transducción de señal o vía de señalización. Una serie de reacciones químicas que llevan la información al interior de la célula para que se produzca una…
Respuesta celular: La acción que realiza finalmente la célula efectora, como sintetizar una proteína, dividirse o lo que sea.
Hay un concepto que no parece tan importante pero lo es: La terminación de esa señal. Es fundamental que haya un feedback para ver si la acción de la célula efectora fue eficaz para responder a la señal y en qué momento debe terminarse. Por ejemplo, si la señal es que tenemos una sobrecarga de azúcar en sangre, la respuesta va a ser liberar insulina para usar esta glucosa, para que salga de circulación. Pero una vez que los niveles se restablecen, ya no necesitamos esa respuesta de la insulina (porque nos pasamos para el otro lado) y alguien tiene que dar otra señal pero esta vez de stop.
Vamos a ver que algunos de estos elementos no siempre están presentes o que la célula emisora es a veces la misma que la receptora. Pero es más o menos para que tengamos un panorama introductorio.
Ya saben que en biología amamos las clasificaciones así que vamos con la primera:
Tipos de señalización según la distancia
Dependiendo de la distancia entre las células que se comunican, existen cuatro tipos de señalización:
1. Endocrina: Cuando la célula emisora y la receptora están en sitios muy lejanos del cuerpo (por ejemplo el estómago y el cerebro). En este caso los mensajeros van a transportarse por el torrente sanguíneo, como las hormonas.
2. Paracrina: Señales locales entre células cercanas, pero que no necesariamente están una al lado de la otra. La comunicación entre neuronas es el ejemplo perfecto, donde las neuronas no se tocan, sino que están en un mismo “espacio sináptico” donde tiran y agarran neurotransmisores.
3. Autocrina: Una célula que se señala a sí misma, como en el caso de las células inmunes y las interleucinas.
4. Yuxtacrina: Contacto directo entre células que estén adyacentes, por medio de las conexiones físicas que hay entre ellas, por ejemplo las células del corazón que tienen que coordinar muy bien los ciclos de latidos como si fueran ondas expansivas, muy parecido a la ola que se hace en la cancha de futbol.
Hablemos de los mensajeros químicos
Hay dos tipos principales de mensajeros:
1) Mensajeros primarios: Son las moléculas que inician la señal, como hormonas, neurotransmisores o factores de crecimiento. En general, están fuera de la célula.
2) Mensajeros secundarios: Estas son las moléculas que amplifican y transmiten la señal dentro de la célula, como el AMPc o el calcio. Estos los vamos a dejar para más adelante en el video porque primero necesitamos entender algunas otras cosas. Pero sí les voy a contar sobre los mensajeros primarios.
Mensajeros primarios
Según su solubilidad e interacción con receptores tenemos tres tipos. (Sí, más clasificaciones)
a) Mensajeros liposolubles: Pueden atravesar la membrana plasmática e interactuar con receptores del citosol o del núcleo; por ejemplo, las hormonas esteroideas, la tiroxina. Por lo común, estos mensajeros ejercen su efecto a largo plazo: horas o días y contribuyen al crecimiento y diferenciación de tejidos específicos.
b) Mensajeros hidrosolubles: Estos no atraviesan la membrana plasmática, por lo que su interacción es con receptores ubicados en la superficie celular. Por ejemplo, péptidos como la insulina, pequeñas moléculas cargadas como la acetilcolina y otras derivadas de algunos aminoácidos como la adrenalina/epinefrina, la histamina, la serotonina y la dopamina.
c) Moléculas liposolubles con receptores de superficie: Este tercer grupo si bien es liposoluble, interactúa con receptores de afuera de la membrana. El ejemplo principal son las prostaglandinas, moléculas muy asociadas con el dolor, que quizás recuerden de aquel video viejo de “cómo sabe la pastilla donde me duele”.
Receptores
Así como cuando querés mandar un mensaje por instagram a alguien, esa persona tiene que primero reconocerte para aceptarte como amigo, para que a una célula le llegue la señal del mensajero, este tiene que ser reconocido por un receptor. Este es una proteína especializada que reconoce y responde al mensajero primario. Además de tener formas específicas que reconocen geométrica y químicamente a los mensajeros, no todas las células tienen todos los tipos de receptores. Por eso la señalización es tan buena, tan específica: no es que la pastilla sabe a dónde te duele. Es que la pastilla solo va a unirse a receptores en esos lugares donde puede originarse el dolor.
Hasta no hace muchas décadas se creía que el efecto, la respuesta final de la señalización celular era producido por el mensajero. Que la “magia” estaba contenida solo en esa molécula que es el mensajero primario. Como los mensajeros pueden ser hormonas, péptidos, neurotransmisores, etc, vamos a llamarlos genericamente LIGANDOS. Bueno, hoy en día se sabe que la respuesta en realidad está en la INTERACCIÓN del receptor con el ligando, la forma en la que ese mensajero modifica al receptor. Por lo tanto, la respuesta de una célula o tejido a mensajeros específicos está determinada por los receptores que tiene.
El ligando no se metaboliza en productos útiles, no es un intermediario en ninguna reacción y no tiene propiedades enzimáticas. Y más aún, el mismo ligando en distintos receptores puede desencadenar una respuesta completamente distinta. Además en la investigación usamos ligandos sintéticos que “engañan” al receptor imitando al ligando “nativo” e igual producen su mismo efecto.
Entonces la función del ligando es cambiar ciertas propiedades del receptor que hacen que la célula se de cuenta “Che, afuera, está pasando tal y tal cosa, ¿Qué hacemos?”
Receptores de membrana
Cuando el ligando es hidrosoluble, y por lo tanto su receptor es de membrana, el ligando no entra “personalmente” a la célula para comunicar su mensaje, sino que desencadena una amplificación de la señal, por medio de los…Segundos mensajeros. Ahora sí vamos a hablar de ellos.
Uno de los principios básicos en la transducción de las señales es la amplificación de la señal, una especie de pasamanos químico (cartita que le le llega al que está al fondo del salón) hasta que la señal llegue a quien tiene que tomar cartas en el asunto, los blancos intracelulares responsables de la respuesta biológica. Esta amplificación se logra a través de los “segundos mensajeros”.
Entre los segundos mensajeros más importantes tenemos: el AMP cíclico, el GMP cíclico, el diacilglicerol o DAG, el inositol trifosfato o IP3 y el Ca+2.
Para que una molécula pueda funcionar como segundo mensajero debe poder reciclarse rápida y continuamente: O sea que las células tengan mecanismos aceitados para producirlos y degradarlos, porque como decía al principio, no solo es necesario dar una respuesta a una señal sino saber cuándo terminarla. Cuando ya no queremos que se transmita la señal, hay que deshacernos de los mensajeros secundarios. Kill the messenger.
Algunas veces los segundos mensajeros están sueltos en el citosol, otras veces están guardados dentro de compartimentos celulares como el retículo endoplasmático y otras veces se sintetizan a partir de componentes que ya están en la célula. Este es el caso de la via del inositol trifosfato, que produce el IP3 a partir de la degradación de los mismos fosfolípidos de la membrana plasmática. Entonces la activación de un receptor hace que esos mensajeros sueltos se redistribuyan, o que se liberen de su compartimiento o que se sinteticen, según el caso.
Una vez que los segundos mensajeros están libres, tienen muchas funciones, en general se asocian a proteinas kinasas, que son proteínas que fosforilan a otras para activarlas o desactivarlas. Estas a su vez pueden traslocarse al núcleo para sintetizar más proteínas, o dar la orden para que ciertas sustancias se secreten hacia afuera de la célula, acciones concretas que por fin serían la RESPUESTA final de nuestra señalización.
Vías de señalización comunes
Hay cientos de receptores y ligandos, pero los procesos celulares suelen ser bastante repetitivos. Es por eso que existen vías de señalización que ya están recontra estudiadas y tienen su mecanismo con esquema y todo. Algunos ejemplos son la vía RAS, la JAK/STAT, la del IP3 o la MAPK.
No contentos con eso, también existe el cross-talk entre vías. No es que cada vía sigue un caminito hermoso y bien pavimentado donde el calcio que era para la vía jak/stat va por un lado y el calcio que era para la MAPK va por el otro. Adentro de la célula es un poquito un caos de moléculas que salen y entran, de proteínas que se fosforilan y desfosforilan... Cada receptor va a generar un cambio en los segundos mensajeros que puede sumarse al efecto de otros o ser incluso contradictorio (y por eso no tienen que mezclar speed con vodka! No mentira. O sea no lo mezclen, pero no es por eso, o sí).
(arriba un ejemplo de cómo interactúan las vías en una misma célula)
Hay otras tantas vías de señalización que son hoy en día desconocidas, y por eso se investigan para poder intervenir en ellas y frenar la progresión de enfermedades como parkinson, alzheimer, cánceres, etc etc. Una cascada de transducción de señales sigue, en general, un camino de una sola dirección. Cuando se buscan fármacos para enfermedades, lo que se suele hacer muchas veces es interrumpir uno de estos pasos de la cascada, haciendo que todo lo que esté por debajo de ese paso deje de suceder. Cuando hablamos de “lo que está por debajo” le decimos downstream o aguas abajo, como si fuera literalmente, una cascada.
Receptores intracelulares
Cuando el ligando sí es liposoluble y puede atravesar la membrana, entra él solito a entregar su mensaje. El propósito será llegar hasta el núcleo, y más precisamente a los sitios del ADN que modulan la transcripción de los genes objetivo. Algunos ejemplos de estos mensajeros son las hormonas esteroideas (cortisol, estrógeno, testosterona), las hormonas tiroideas y la vitamina A.
Los receptores intracelulares se encuentran en el citosol (por ej los de cortisol) y después de reconocer al ligando se translocan al núcleo. Otros en cambio ya están en el núcleo y se acoplan al ADN luego de unirse al ligando.
Incluso existen regiones del ADN que responden directamente a hormonas, y se llaman HRE (hormone response elements). Los complejos hormonas esteroideas-receptores se unen específicamente a estas regiones reguladoras. Así, los receptores para estas hormonas cumplen una función doble: Son receptores citoplásmicos de la señal y además efectores nucleares al activar o reprimir la transcripción de los genes objetivo.
La señalización mediada por receptores intracelulares es de efecto a largo plazo o un poquito más lenta, porque implica transcripción de genes que eso a su vez implica traducción a proteínas. Está relacionado con procesos como el ciclo menstrual o el crecimiento que son a plazos de días a semanas.
En cambio con los receptores de membrana, las respuestas son más rápidas, tienen que ver más con liberación de sustancias que modifiquen en el corto plazo la homeostasis, como la tensión arterial, el ritmo cardíaco, la inflamación, cosas que llevan entre minutos a horas.
Resumiendo, vimos que una vía de señalización implica que haya una célula emisora de la señal, que esa señal es un mensajero primario, que llega a un receptor y lo modifica. Si este receptor es de membrana, va a hacer que se produzcan (o se degraden) segundos mensajeros, que van a interferir en proteínas efectoras que en última instancia producen respuesta a la señal inicial. Si el receptor es intracelular, va a migrar al ADN y estimular o inhibir la transcripción de un gen.
Como ves, es un proceso increíblemente coordinado que está pasando casi todo el tiempo en la mayoría de tus células. Mientras estás leyendo hay un receptor tuyo que está siendo activado por un ligando para que un segundo mensajero salga del retículo y fosforile una proteína y se active alguna liberación de andá a saber que sustancia y a su vez una hormona se está metiendo en un receptor intracelular que viaja al núcleo y se une a tus genes para decirles que dejen de transcribirse.
Como es costumbre te dejo el video con los contenidos que acá están por escrito. Gracias por leer!