Libro de dra. monica
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  • 1. Kronenberg: Williams Textbook of Endocrinology, 11th ed.Copyright © 2008 Saunders, An Imprint of ElsevierCHAPTER 3 – GENETIC CONTROL OF PEPTIDE HORMONE FORMATIONJoel F. Habener ▪ Evolution of Peptide Hormones and Their Functions, 19 ▪ Steps in Expression of a Protein-Encoding Gene, 19 ▪ Subcellular Structure of Cells that Secrete Protein Hormones, 21 ▪ Intracellular Segregation and Transport of Polypeptide Hormones, 21 ▪ Processes of Hormone Secretion, 24 ▪ Structure of a Gene Encoding a Polypeptide Hormone, 25 ▪ Regulation of Gene Expression, 26 ▪ Generation of Biologic Diversification, 30Los avances en los campos de la biología molecular y celular han proporcionado una nueva perspectiva sobre elfuncionamiento mecánico de las células. recombinante ácido desoxirribonucleico (ADN) la tecnología y la secuencia(decodificación) de la humanidad entera y el ratón genomas, hoy es posible analizar la estructura precisa y función del ADN, lasustancia genética que es la base para la vida. El descubrimiento de la bioquímica y de sus propiedades estructurales del ADNproporcionan el marco conceptual con el que iniciar una investigación sistemática de los orígenes, desarrollo y organizaciónde las formas de vida [1].La finalización de las secuencias completas del genoma humano y del ratón se llevó a cabo en los años 2003 y 2004, y laanotación de la información codificada está casi terminado. La disponibilidad de un modelo completo de la estructura yorganización de todos los genes que se expresan ahora proporciona una visión profunda de la base de las enfermedadesgenéticamente determinadas. En la próxima década, genotipificación de los individuos poco después de nacer es probable quesea posible. Los enfoques terapéuticos para la corrección de defectos genéticos mediante técnicas de reemplazo de gen esprobable que sea una realidad, con lo que aportan perspectivas a los riesgos relativos para el desarrollo de enfermedades.Las hormonas polipeptídicas constituyen un conjunto sumamente importante y diverso de moléculas reguladoras codificadaspor el genoma cuyas funciones consisten en transmitir información específica entre las células y órganos.Este tipo de comunicación molecular se levantó temprano en el desarrollo de la vida y se convirtió en un complejo sistemapara el control de crecimiento, el desarrollo y la reproducción y para el mantenimiento de la homeostasis metabólica. Estashormonas, entre ellas muchas de las quimiocinas y citocinas que participan principalmente en la regulación del sistemainmunológico, compuesto de aproximadamente 400 o más proteínas pequeñas que van desde tan sólo tres aminoácidos(hormona liberadora de tirotropina o TRH) a 192 aminoácidos (crecimiento hormonal). En un sentido más amplio, estospolipéptidos funcionan como hormonas, cuyas acciones en órganos distantes están mediadas a través de su transporte através del torrente sanguíneo, y como comunicadores locales de célula a célula (fig. 3-1). La última función de las hormonaspolipeptídicas se ejemplifica en su elaboración y la secreción dentro de las neuronas de los sistemas centrales, autonómicas ynervioso periférico, donde actúan como neurotransmisores y en los leucocitos en los que modulan las respuestas inmunes.Estos múltiples modos de expresión de los genes de la hormona polipeptídica han despertado gran interés en las funcionesespecíficas de estos péptidos y los mecanismos de su síntesis y liberación.Este capítulo examina las diversas estructuras de los genes que codifican las hormonas peptídicas y los múltiples mecanismosque regulan su expresión. La síntesis de las hormonas no peptídico (por ejemplo, las catecolaminas, hormonas tiroideas y lashormonas esteroides) implica la acción de enzimas múltiples y de ahí la expresión de múltiples genes, los cuales se discutenen los distintos capítulos dedicados a dichas hormonas.Figura 3-1 Diferentes modos de utilización de hormonas polipeptídicas en la expresión de sus acciones biológicas. Lashormonas peptídicas se expresan en por lo menos cuatro formas en el cumplimiento de sus funciones como moléculasmensajeras celulares: (1) el modo de secreción interna, por efectos de la comunicación entre los órganos (por ejemplo, el ejehipófiso-tiroideo), (2) el modo paracrino, para la comunicación entre los adyacentes las células, a menudo situadas en losórganos endocrinos, (3) el modo neuroendocrino, para la síntesis y liberación de péptidos de las neuronas especializadas
  • 2. peptidérgicas para la acción sobre los órganos distantes a través del torrente sanguíneo (por ejemplo, los péptidosneuroendocrinos del hipotálamo), y (4) el modo de neurotransmisor, para la acción de péptidos en concierto con los clásicostransmisores amino aminérgico derivados de ácido en la red de comunicación neuronal. polipéptidos idénticas se utilizan confrecuencia en el sistema nervioso, tanto como las hormonas neuroendocrinas y como neurotransmisores. En algunos casos, elproducto se utiliza el mismo gen en los cuatro modos de expresión.Evolución de las hormonas peptídicas y sus funcionesLas hormonas peptídicas levantó temprano en la evolución de la vida. De hecho, los polipéptidos que son estructuralmentesimilares a los péptidos de mamíferos están presentes en los vertebrados inferiores, insectos, hongos y bacterias. [2] Unejemplo de la evolución temprana de péptidos reguladores es la α-factor (feromona apareamiento) de levadura, que es similaren su estructura a la hormona liberadora de gonadotropina (GnRH). [3] El más antiguo miembro de la familiacolecistoquinina-de los péptidos de gastrina apareció hace por lo menos 500 millones de años en la protochordate intestinalisCiona [4].Así, los genes que codifican las hormonas de polipéptidos, péptidos y en especial de reglamentación, se desarrolló tempranoen el desarrollo de la vida y cumplió inicialmente con la función de la comunicación de célula a célula para hacer frente aproblemas relacionados con la alimentación, crecimiento, desarrollo y reproducción. Como órganos especializados conectadospor un sistema circulatorio desarrollados durante la evolución, de forma similar, si no idénticos, los productos génicos seconvirtió en hormonas con fines de comunicación del órgano a órgano.Pasos en la expresión de un gen de la proteína-codificaciónLos pasos involucrados en la transferencia de información codificada en el lenguaje polinucleótido de ADN al lenguaje ácidopoli-amino de las proteínas biológicamente activas implican la transcripción génica, el procesamiento postranscripcional delos ácidos ribonucleico (ARN), la traducción y el procesamiento posterior a la traducción de las proteínas. La expresión de losgenes y la síntesis de proteínas puede ser considerada en términos de varios procesos importantes, uno o varios de los cualespueden servir de puntos específicos de control en la regulación de la expresión génica (fig. 3-2).Figura 3-2 Pasos en la síntesis celular de las hormonas polipeptídicas. Los pasos que tienen lugar dentro del núcleo incluyen latranscripción de la información genética en un ácido ribonucleico mensajero (ARNm) precursor (pre-mRNA), seguido por elprocesamiento postranscripcional, que incluye la división del ARN, la escisión de los intrones, y reunión de exones, resultandoen la formación de ARNm . Finaliza del mRNA son modificados mediante la adición de tapas metilguanosina en el extremo 5 yla adición de poli (A) tramos en los extremos 3. El ARNm citoplásmico se ensambla con los ribosomas. Los aminoácidos, llevado por ARN de transferencia aminoacylated(ARNt), luego se polimeriza en una cadena polipeptídica. El paso final en la síntesis de proteínas es la de procesamientopostraduccional.Estos procesos tienen lugar tanto durante el crecimiento de la cadena polipeptídica naciente (cotraduccional) y después de laliberación de la cadena completa (posterior a la traducción), e incluyen las divisiones de la cadena polipeptídica proteolítica(reconversión de las pre-prohormonas o prohormonas a las hormonas), derivatizations de aminoácidos (por ejemplo,glicosilación, fosforilación), y cross-linking y montaje de la cadena polipeptídica conformada en su estructura. El diagrama representa la síntesis y el procesamiento posterior a la traducción de un polipéptido segregado típico, querequiere el transporte vectorial o unidireccional de la cadena polipeptídica a través de la bicapa membrana del retículoendoplásmico, lo que da lugar en el secuestro del polipéptido en la cisterna del retículo endoplásmico, un primer paso en laexportación de proteínas destinadas a la secreción de la celda (ver fig. 3-6).La mayoría de transformación de traslación se produce dentro de la célula como se muestra (presecretor) y en algunos casosfuera de la celda, cuando más divisiones proteolíticas o modificaciones de la proteína puede tener lugar (post-secretorio).CHO, hidratos de carbono.Los reordenamientos y transposiciones de los segmentos de ADN.Estos procesos ocurren durante muchos años (eones) en la evolución, con la excepción de los mecanismos de reordenamientogenético poco común de somáticos como el reordenamiento de los genes de inmunoglobulina durante la vida de un individuo.Transcripción.Síntesis de los resultados de ARN en la formación de copias de ARN de los dos alelos de genes y es catalizada por la RNApolimerasa factores basales de transcripción II-asociada.Procesamiento postranscripcional.modificaciones específicas del ARN incluyen la formación de ARN mensajero (ARNm) a partir del precursor del ARN a travésde la escisión y reunión de segmentos de ARN (intrones y exones) y las modificaciones del extremo 3 del ARN porpoliadenilación y del extremo 5 mediante la adición de 7-metilguanina "topes".Traducción.Los aminoácidos son ensamblados por el apareamiento de bases de nucleótidos de los trillizos (anticodones) específicos de la"compañía" aminoacylated ARN de transferencia correspondientes a los codones del ARNm obligado a polirribosomas y sepolimerizan en las cadenas de polipéptidos.
  • 3. Procesamiento postraduccional y modificación.Últimos pasos en la síntesis proteica puede implicar una o más divisiones de los enlaces peptídicos, que se traducen en laconversión de los precursores biosintéticos (prohormonas), a las formas intermedias o finales de la proteína; derivatizaciónde los aminoácidos (por ejemplo, glicosilación, fosforilación, acetilación, myristoylation ), y el plegamiento de la cadenapolipeptídica transformada en su conformación nativa.Cada uno de los pasos específicos de la expresión génica requiere la integración de las reacciones bioquímicas enzimáticasprecisa y otros. Estos procesos se han desarrollado para proporcionar alta fidelidad en la reproducción de la informacióncodificada y para proporcionar puntos de control para la expresión del fenotipo de las células.El tratamiento posterior a la traducción de proteínas crea la diversidad en la expresión génica a través de modificaciones de laproteína. Aunque la información contenida funcional de una proteína codificada en última instancia, es la secuencia deaminoácidos primaria, las actividades biológicas específicas son una consecuencia de la orden superior secundaria, terciaria ycuaternaria de las estructuras del polipéptido. Dada la amplia gama de posibles modificaciones específicas de los aminoácidos,como la glicosilación, fosforilación, acetilación, amidación, lipidación, y la sulfatación, [5] uno de los cuales pueden afectar a laconformación o la función de la proteína, un solo gen puede en última instancia codificar una amplia variedad de proteínasespecíficas como resultado de los procesos postraduccionales.Las hormonas polipeptídicas se sintetizan en forma de grandes precursores que parecen cumplir varias funciones en lossistemas biológicos (fig. 3-3), incluyendo (1) el tráfico intracelular, el que la célula distingue entre clases específicas de lasproteínas y los dirige a sus sitios de acción, y (2) la generación de múltiples actividades biológicas de una proteína comúngenéticamente codificados por las variaciones regulado o específico de las células en las modificaciones postraduccionales(fig. 3-4).Figura 3-3 Diagrama representación de dos configuraciones de los precursores de las hormonas polipeptídicas. Diagramas deredes troncales representan polipéptido de secuencias de la proteína codificada en el mRNA. Una forma de precursor consisteen la señal de NH2-terminal, o presequence, seguida por la parte apoproteína del polipéptido que las necesidades deprocesamiento no más lejos de la actividad proteolítica. Una segunda forma de precursor es un pre-prohormona que consisteen la secuencia de señales NH2-terminal seguida de una poliproteína, o prohormona, secuencia consistente de los dominios dedos o más péptidos unidos entre sí que son posteriormente liberados por las divisiones durante el procesamientopostraduccional de la prohormona. La razón para la síntesis de hormonas polipeptídicas en forma de precursores es sólo amedias. Es evidente que las secuencias de NH2-terminal funcional de la señal en las primeras etapas de transporte delpolipéptido en la vía secretora. Prohormones o poliproteínas, a menudo sirven para proporcionar una fuente de múltiplespéptidos bioactivos (ver fig. 3-4). Sin embargo, prohormonas que muchos pueden contener secuencias de los péptidos que seeliminan por la escisión y no tienen actividad biológica conocida, y que se conocen como péptidos críptica, tal vez esperandoel descubrimiento de actividades biológicas únicas. Otros péptidos puede servir como separador entre dos secuencias depéptidos bioactivos (por ejemplo, el péptido C de la proinsulina). En los casos en que se encuentra un péptido bioactivo en elextremo COOH de la prohormona, la secuencia de prohormona NH2-terminal sólo puede facilitar la translocacióncotraduccional del polipéptido en el retículo endoplásmico (ver fig. 3-6).
  • 4. Figura 3-4 Diagrama ilustración de las estructuras primarias de prohormonas varias. Las áreas muy oscura de prohormonasdenotan las regiones de la secuencia que constituyen conocida péptidos biológicamente activos que se han desdoblamientoposterior a la traducción de prohormonas. Secuencias indicado por la eclosión de las regiones precursoras denotan quealteran la especificidad biológica de esa región del precursor. Por ejemplo, el precursor contiene la secuencia de la hormonade γ-estimulante de melanocitos (γ-MSH), pero cuando éste está unido covalentemente al péptido CLIP, que constituye lahormona corticotropina (corticotropina, ACTH). La somatostatina-28 (SS-28) es una forma NH2-terminal ampliada de lasomatostatina-14 (SS-14) que tiene mayor potencia que la SS-14 sobre ciertos receptores. La secuencia neurofisina vinculadosa la terminal COOH de la vasopresina (ADH) funciona como una proteína transportadora de la hormona ADH durante sutransporte por el axón de las neuronas en el que se sintetiza. El precursor proencefalina representa una poliproteína quecontiene varios péptidos similares en su secuencia, ya sea met-encefalina (M) o leu-encefalina (L). Procalcitonina y laprocalcitonina producto relacionado con el gen (CGRP) comparten secuencias idénticas terminal NH2-, pero difieren en susregiones terminal COOH-como resultado del splicing alternativo durante el procesamiento postranscripcional del ARNprecursor. γ-LPH, γ-lipotropina; GLP, el péptido similar al glucagón, IP, que interviene péptido.Todas las hormonas peptídicas y péptidos reguladores estudiados hasta el momento contienen secuencias de la señal o ellíder en el amino terminal, estas secuencias helicoidales hidrófobas reconocer sitios específicos en las membranas del retículoendoplasmático rugoso, lo que resulta en el transporte de polipéptidos nacientes en la ruta de secreción de la celular (v. figs.3-2 y 3-3 [2] [3]). [6] La consecuencia de las secuencias de señales especializados de las proteínas precursoras es que lasproteínas destinadas a la secreción son elegidos de una gran cantidad de proteínas celulares de otros el secuestro y posteriorenvasado en gránulos de secreción y de exportación de la célula. Además, la mayoría, si no todas, de las hormonas máspequeñas y péptidos reguladores se producen como consecuencia de divisiones postraduccionales de los precursores en elcomplejo de Golgi de las células secretoras.Subcelulares Estructura de células que secretan la proteína HormonasLas células cuyas funciones principales son la síntesis y exportación de proteínas contienen altamente desarrollado,especializado organelas subcelulares para la traslocación de proteínas secretadas y sus envases en los gránulos de secreción.Las vías subcelulares utilizados en la secreción de proteínas se han aclarado en gran medida gracias a los esfuerzos inicialesde Palade [7] (revisado por Jamieson [8]). células secretoras contienen una abundancia de retículo endoplásmico, complejo deGolgi y gránulos de secreción (fig. 3-5). Las proteínas que han de ser secretada por las células se transfieren durante susíntesis en estas organelas subcelulares, que transportan las proteínas de la membrana plasmática.
  • 5. Figura 3-5 Representación esquemática de las organelas subcelulares involucrados en el transporte y secreción de hormonaspolipeptídicas u otras proteínas secretadas dentro de una célula de proteínas secretoras. (1) Síntesis de proteínas enpolirribosomas adjunta al retículo endoplásmico (RER) y la descarga vectorial de proteínas a través de la membrana en lacisterna. (2) Formación de ida y vuelta vesículas (elementos de transición) de retículo endoplásmico seguido por sutransporte y su incorporación por el complejo de Golgi. (3) Formación de gránulos de secreción en el complejo de Golgi. (4) Eltransporte de gránulos de secreción de la membrana plasmática, la fusión con la membrana plasmática, y exocitosis queresulta en la liberación de gránulos contenidos en el espacio extracelular. Tenga en cuenta que la secreción puede darse por eltransporte de vesículas secretoras y gránulos inmaduros, así como los gránulos maduros. Algunos gránulos se recogen y sehidroliza por los lisosomas (crinophagy). Golgi, complejo de Golgi, retículo RER, endoplasmático rugoso; SER, el retículoendoplásmico liso. (De Habener JF. Biosíntesis y la secreción de la hormona. En Felig P, Baxter JD, Broadus AE, et al, eds.Endocrinología y Metabolismo. New York: McGraw-Hill, 1981: 29-59).La secreción de las proteínas comienza con la traducción del ARNm que codifica el precursor de la proteína en el retículoendoplasmático rugoso, que consiste en la elaboración de polirribosomas adjunta sáculos membranosos que contienencavidades (cisternas). El recién sintetizadas, las proteínas nacientes se descargan en las cisternas de transporte a través de labicapa lipídica de la membrana. Dentro de las cisternas del retículo endoplásmico, las proteínas son transportadas al aparatode Golgi por mecanismos que no se comprenden. El aumento de las proteínas de acceso al complejo de Golgi, ya sea portransferencia directa de las cisternas, que se encuentran en continuidad con los canales membranosos del complejo de Golgi, opor vía de ida y vuelta vesículas conocidas como elementos de transición (ver fig. 3-5).Dentro del complejo de Golgi, las proteínas son empaquetados en vesículas secretoras o gránulos de secreción por suincipiente de las pilas de Golgi en forma de gránulos inmaduros. gránulos inmaduros someterse a la maduración a través de lacondensación del material proteínico y la aplicación de una capa específica alrededor de la primera membrana de Golgi. Alrecibir los estímulos adecuados extracelular (vía de secreción regulada), los gránulos de migrar a la superficie celular y sefusionan para convertirse en continuo con la membrana plasmática, lo que resulta en la liberación de proteínas al espacioextracelular, un proceso conocido como exocitosis.La segunda vía de transporte intracelular y la secreción implica el transporte de proteínas contenidas en vesículas secretorase inmaduros gránulos secretores (ver fig. 3-5). Aunque el uso de esta vía de transporte alternativo vesícula-mediado quedapor demostrar de forma concluyente (por lo general se considera un constitutiva, o no regulada, la vía), diferentes estímulosextracelulares pueden modular la secreción de la hormona de forma diferente, dependiendo de la vía de secreción. Porejemplo, en la glándula paratiroidea y en la línea celular de las células derivadas de la pituitaria corticotropo (ATT-20), reciénsintetizadas hormona se libera más rápidamente que la hormona sintetizada antes. Estos resultados sugieren que la hormonarecién sintetizada puede ser transportado a través de una vía de vesícula-mediado, sin incorporación al almacenamiento degránulos maduros.La segregación y transporte intracelular de las hormonas polipeptídicasaminoácido específico secuencias codificadas en las proteínas sirven como indicadores de dirección en la manipulación deproteínas dentro de las organelas subcelulares. [6] [9] [10] Una célula eucariota típica sintetiza un estimado de 5.000proteínas diferentes durante su vida útil. Estas proteínas se sintetizan diferentes por un conjunto común de polirribosomas.Sin embargo, cada una de las diferentes proteínas se dirige a una ubicación específica dentro de la célula, donde se expresa sufunción biológica. Por ejemplo, a grupos específicos de las proteínas son transportadas a las mitocondrias, en las membranas,en el núcleo, o en otros orgánulos subcelulares, donde sirven como proteínas reguladoras, enzimas o proteínas estructurales.Un subconjunto de proteínas está diseñado específicamente para la exportación de la celda (por ejemplo, lasinmunoglobulinas, la albúmina sérica, factores de coagulación de la sangre y las proteínas y las hormonas polipeptídicas).Este proceso de transporte de dirección de las proteínas involucra sofisticadas señales informativas. Dado que la informaciónde estos procesos de translocación debe residir en su totalidad o en parte dentro de la estructura primaria o en laspropiedades conformacionales de la proteína, secuencial modificaciones postraduccionales puede ser crucial para determinarla especificidad de la función de la proteína. Continúa las investigaciones de la clasificación y el tráfico de proteínas en lascélulas han revelado un aumento complejidad más allá del paradigma ilustra en la figura simple. 3-5. [11] La clasificaciónsecuencial de las proteínas a sus destinos finales, ya sean de exportación de las células (secreción) o dirigida a uncompartimiento subcelular o orgánulo, se lleva a cabo no sólo en el aparato de Golgi, sino también pre-Golgi en el retículo
  • 6. endoplasmático y post-Golgi en endosomas y tubulosaccules. [12] Es interesante contemplar que todos y cada uno de los 5000más o menos proteínas que se expresan en una célula contiene una señal específica dirigidas a la encargada de dirigir laproteína a su destino final. Estas señales dirigidas a consistir en estiramientos de corta de aminoácidos en las proteínas quesirven como "códigos de área" para asegurar su entrega precisa. Moderno proteómica y bioinformática utilizando enfoquesson capaces de predecir la localización de las células basadas en las características de estas señales de orientación. [13]Secuencias en el Procesamiento de la Señal prohormona y la secreción del péptidoLos procesos iniciales de la secreción de proteínas que dan lugar al transporte específica de las proteínas exportadas en la víasecretora se están convirtiendo en una mejor comprensión. [6] [10] [11] [12] [13] [14] [15] indicios iniciales de este procesovino de las determinaciones de las secuencias de aminoácidos de las proteínas programada por la traducción libre de célulasde ARNm codifica polipéptidos secretados. [16] Las proteínas secretadas se sintetizan como precursores que se extienden ensus terminales NH2 por secuencias de 15 a 30 aminoácidos, llamados secuencias de la señal o líder. extensiones de señal desecuencia, o sus equivalentes funcionales, son necesarios para la orientación de la proteína ribosomal o incipientes a lasmembranas específicas y para el transporte vectorial de la proteína a través de la membrana del retículo endoplásmico. Elsurgimiento de la secuencia de señales de la subunidad ribosomal grande, el complejo ribosomal específicamente hacecontacto con la membrana, lo que resulta en la translocación del polipéptido naciente a través de la membrana del retículoendoplásmico en la cisterna como el primer paso en el transporte del polipéptido dentro de la vía secretora. Estasobservaciones inicialmente dejó sin respuesta la pregunta de cómo polirribosomas específicas que se traducen ARNm quecodifican proteínas secretoras reconocen y se adhieren al retículo endoplásmico (fig. 3-6).Figura 3-6 Diagrama que representa los eventos celulares en las etapas iniciales de la síntesis de una hormona polipeptídicade acuerdo a la hipótesis de la señal. En este esquema, una partícula de reconocimiento de la señal, que consiste en uncomplejo de seis proteínas y un RNA (RNA 7S), interactúa con el péptido señal de NH2-terminal de la cadena polipeptídicanaciente después de aproximadamente 70 aminoácidos se polimerizan, lo que resulta en el arresto de un mayor crecimientode la cadena polipeptídica. El complejo de la partícula de reconocimiento de señal y de la cadena naciente polirribosomapermanece en un estado de detención de traslación hasta que se reconoce y se une a una proteína de acoplamiento, que es unaproteína receptora localizada en la cara citoplasmática de la membrana reticular endoplásmico. Esta interacción del complejode la señal de la partícula de reconocimiento de acoplamiento con la proteína libera el bloque de traslación, y se reanuda lasíntesis de proteínas. La cadena polipeptídica naciente se descarga a través de la membrana bicapa en la cisterna del retículoendoplásmico y es liberada por el péptido señal mediante fragmentación con una peptidasa señal situada en la cara cisternalde la membrana. En este modelo, el péptido señal se escinde de la cadena polipeptídica por la peptidasa señal antes de lacadena se completa (hendidura cotraduccional). La configuración del polipéptido durante el transporte a través de lamembrana y las fuerzas y mecanismos responsables de su desplazamiento no se conocen. El lazo, o la horquilla, laconfiguración de la cadena que se muestra es un modelo arbitrario, otros modelos son igualmente posibles.Debido a que las membranas microsomales reproducir in vitro la actividad de transformación de las células intactas, fueposible identificar macromoléculas responsable de la tramitación del precursor y para las actividades de translocación. [17] Elretículo endoplásmico y el citoplasma contener un conjunto de moléculas, llamado una partícula de reconocimiento de señalcomplejo, que consta de al menos 16 proteínas diferentes, entre ellos tres Triphosphatases guanosina para generar energía[18] y un 7S ARN. [6] [10] [19] (la última revisión en referencia 20). Este complejo, o de partículas, se une a los polirribosomasque participan en la traducción de ARNm codifica polipéptidos secretora, cuando la secuencia de señales NH2-terminal deprimera surge de la subunidad grande del ribosoma.La interacción específica de la partícula de reconocimiento de señales con la secuencia de señales incipientes y las detencionespolirribosoma otra traducción del ARNm. La proteína naciente permanece en un estado de la traducción detenidos hasta queencuentra una proteína de alta afinidad de unión en el retículo endoplasmático, el reconocimiento de la señal del receptor departículas, o de acoplamiento de la proteína. [6] En la interacción con la proteína de acoplamiento específico, el bloque detraslación es liberado y se reanuda la síntesis de proteínas. La proteína se transfiere a través de la membrana del retículoendoplásmico a través de un túnel proteínico llamado translocón [20].En algún momento, cerca de la terminación de la síntesis de la cadena polipeptídica, la secuencia de señales NH2-terminal seescinde del polipéptido por una peptidasa señal específica se encuentra en la superficie de la membrana cisternal retículo
  • 7. endoplásmico. La supresión de la secuencia de señales hidrofóbicas libera la proteína (prohormona o de la hormona) para quepueda asumir su estructura secundaria característica durante el transporte a través del retículo endoplásmico y el aparato deGolgi. Curiosamente, después de su escisión de la proteína por la peptidasa señal, el péptido señal puede ser a veces máshendidas en la membrana del retículo endoplásmico para producir un péptido biológicamente activo. La secuencia de señalesde preprolactin de 30 aminoácidos, por ejemplo, está escindida por una peptidasa péptido señal para dar un péptido cargos delos 20 aminoácidos que se libera en el citosol, donde se une a la calmodulina e inhibe la fosfodiesterasa Ca2-calmodulina-dependiente. [21]Esta secuencia en el transporte de dirección de polipéptidos específicos garantiza un procesamiento óptimo de proteínassecretoras cotraduccional, incluso cuando comienza la síntesis en los ribosomas libres. La presencia de una formacitoplasmática del complejo de la señal de partícula de reconocimiento de las garantías que los bloques de traducción que lasíntesis de las proteínas presecretor no se completa en el citoplasma, la transferencia eficaz de las proteínas se produce sólodespués de que se ha hecho contacto con el receptor específico o de acoplamiento proteína en la membrana. Aunque laidentificación de la partícula de reconocimiento de la señal y la proteína de acoplamiento explica la especificidad de la uniónde los ribosomas que contienen ARNm que codifican las proteínas de secreción, no explica el modo de desplazamiento de lacadena polipeptídica naciente a través de la bicapa de la membrana. Además la disección y el análisis de la membrana se hanidentificado otras macromoléculas que son responsables del proceso de transporte [6].Celular tratamiento de ProhormonesLas secuencias de la señal de prehormones y pre-prohormonas están involucrados en el transporte de estas moléculas, pero lafunción de los precursores de la hormona intermedios (prohormonas) no se entiende completamente. La conversión deprohormonas a sus productos finales se inicia en el aparato de Golgi. Por ejemplo, el tiempo que transcurre entre la síntesis dela hormona del pre-proparathyroid y la primera aparición de la hormona paratiroidea se correlaciona estrechamente con eltiempo necesario para que los granos radioautographic para alcanzar el aparato de Golgi. [22] Del mismo modo, la conversiónde proinsulina a insulina se lleva a cabo alrededor de una hora después de la síntesis de proinsulina es completa, y elprocesamiento de proinsulina a insulina y péptido C se lleva a cabo durante el transporte dentro de los gránulos de secreción.[23] La conversión de prohormonas a las hormonas también puede ser bloqueado por los inhibidores de la producción deenergía celular, como antimicina [A y dinitrofenol 24] y por las drogas que interfieren con las funciones de los microtúbulos(vinblastina, colchicina). [25] Por lo tanto, la translocación de la prohormona del retículo endoplasmático rugoso al complejode Golgi depende de la energía metabólica e implica probablemente microtúbulos.No hay evidencia de que las secuencias que son específicos de la prohormona contribuyen o son químicamente implicados enel transporte de la proteína recién sintetizada por el retículo endoplasmático rugoso al aparato de Golgi o que estáninvolucrados en el embalaje de la hormona en las vesículas o gránulos . Los análisis de las estructuras de los productosprimarios de la traducción de mRNAs que codifican proteínas secretoras indican que muchos de estos no son sintetizados enforma de prohormona intermedios (ver fig. 3-3). Sigue siendo extraño que algunas proteínas secretoras (por ejemplo, lahormona paratiroidea, insulina, albúmina sérica) se forman a través de los precursores intermedios, mientras que otros (porejemplo, la hormona del crecimiento, prolactina, albúmina) no lo son.restricciones de tamaño pueden ser colocados en la longitud de un polipéptido de secreción. Cuando la bioactividad de lospéptidos reside en los extremos COOH de los precursores (por ejemplo, la somatostatina, calcitonina, gastrina), extensionesNH2-terminal puede ser obligado a proporcionar una calidad suficiente "spacer" secuencia para permitir que la secuencia deseñales de la cadena polipeptídica naciente creciente emergen de la subunidad grande del ribosoma para la interacción con lapartícula de reconocimiento de señales y de proporcionar la longitud adecuada para abarcar polipéptido de la subunidadribosomal grande y la membrana del retículo endoplásmico durante el transporte vectorial del polipéptido naciente través dela membrana (ver fig. 3-6) . Cuando el producto hormonal final es 100 aminoácidos de longitud o más (por ejemplo, lahormona del crecimiento, prolactina, o α y β subunidades de las hormonas glicoproteína), puede haber ningún requisito parauna prohormona intermedios.Aunque las funciones exactas de prohormonas siguen siendo desconocidos, ciertos detalles de sus divisiones han sidoestablecidas. A diferencia de la situación con prehormones, en la que los aminoácidos en el punto de corte entre la secuenciade la señal y el resto de la molécula (hormonas o prohormonas) varían de una hormona a la siguiente, los sitios de corte de laprohormona intermedios consisten en la base amino ácido lisina o arginina, o ambos, generalmente de dos a tres en tándem.Esta secuencia se rompe preferentemente por endopeptidasas con actividades como la tripsina.Específicas prohormona de la enzima convertidora (PC) consisten en una familia de al menos ocho de tales enzimas. [26] [27][28] La más estudiada de la isoenzimas son PC2 y PC1 / 3, que son responsables de las divisiones de la proinsulina entre lacadena A / péptido C y la cadena B / péptido C, respectivamente. Un paciente rara falta PC1 presentado con la obesidadinfantil, hipogonadismo hipogonadotrópico, y hipercortisolismo y se encontró que tienen niveles elevados de proinsulina y esde suponer alteraciones generalizadas en la modificación neuropéptido [29]. Interrupción selectiva del gen en ratones PC2resultó en el procesamiento de la proinsulina incompleta, dejando Una cadena y el péptido C intacto. [30] En particular,proglucagon en el páncreas sigue siendo totalmente sin procesar, lo que indica que PC2 se requiere para la formación deglucagón. Como consecuencia de la actividad defectuosa PC2 y bajos niveles de glucagón, los ratones tienen hipoglucemiacrónica grave.Después de clivaje endopeptidasa, los residuos restantes básicos son selectivamente eliminados por exopeptidases conactividad semejante a la de la carboxipeptidasa B. En los casos en los que se amidada el residuo terminal COOH de la hormonapeptídica, un proceso que parece mejorar la estabilidad de un péptido, confiándole resistencia a la carboxipeptidasa, enzimas
  • 8. específicas amidación (péptido amidating monooxigenasas) en los trabajos del complejo de Golgi en concierto con las enzimasde corte para la modificación de la terminal COOH de los péptidos bioactivos. [31] [32]Todos proproteins prohormonas y se rompen por PC procesos enzimáticos en el complejo de Golgi de las células de diversosorígenes. La importancia de las divisiones específicas de prohormonas concreto sigue siendo no se entienden completamente,al igual que la razón de la existencia de prohormona intermedios en algunas pero no todas las proteínas de secreción. Como seindicó anteriormente, los péptidos precursores eliminado de la prohormonas pueden tener actividades biológicas que sonintrínsecos aún no reconocido.Los procesos de secreción hormonalEspecíficas estímulos extracelulares controlan la secreción de hormonas polipeptídicas. Los estímulos consisten en cambiosen el equilibrio homeostático; los productos hormonales a conocer en respuesta a los estímulos actúan sobre los órganosdiana respectivos para restablecer la homeostasis (fig. 3-7). Los sistemas endocrino generalmente consisten en mecanismosde retroalimentación de bucle cerrado de tal manera que, si las hormonas del órgano estimular un órgano B, B de órganos, asu vez segrega hormonas que inhiben la secreción de hormonas de órganos A. Las acciones concertadas de tanto positivas como negativas influencias hormonales mantener así homeostasis. Un ejemplo dedicha regulación de retroalimentación negativa es el control de la secreción de la hormona corticotropina (ACTH) por laglándula pituitaria anterior. El aumento de ACTH estimula la corteza suprarrenal para producir y secretar cortisol, que a suvez retroalimenta para reprimir aún más la secreción hipofisaria de ACTH. Estos procesos de reglamentación también puedenincluir circuitos de retroalimentación en el que las sustancias no hormonales controlados por los órganos diana regulan lasecreción de la hormona.Por ejemplo, un aumento en la concentración de electrolitos plasmáticos, como consecuencia de la deshidratación estimula laliberación de arginina vasopresina (también llamada hormona antidiurética [ADH]) en el lóbulo neural de la glándulapituitaria, y la vasopresina a su vez actúa sobre el riñón para aumentar la reabsorción de agua desde el túbulo renal, con loque reajustar las concentraciones séricas de electrolitos hacia niveles normales.Figura 3-7 ciclos de retroalimentación de regulación del eje hipotálamo-hipófisis de órganos diana. Al ser una combinación deambos factores inhibidores y estimulantes, hormonas actúan a menudo en concierto para mantener el equilibrio homeostáticoen la presencia de perturbaciones fisiológicas o fisiopatológicas. Las acciones concertadas de las hormonas suelen establecercircuitos cerrados de retroalimentación por los efectos estimulantes e inhibidoras acoplado a mantener la homeostasis.En muchos casos, la regulación endocrina es complejo e involucra a las respuestas de varias glándulas endocrinas y losórganos destinatarios respectivos. Después de una comida, la liberación de una docena o más de las hormonas se desencadenacomo consecuencia de la distensión gástrica, las variaciones en el pH del contenido del estómago y el duodeno, y el aumentode las concentraciones de glucosa, ácidos grasos y aminoácidos en la sangre. El aumento en la glucosa plasmática y los nivelesde aminoácidos estimula la liberación de insulina y el péptido hormonas incretinas 1 similar al glucagón y el péptidoinsulinotrópico dependiente de glucosa y suprime la liberación de glucagón por el páncreas. Ambos efectos de promover lacaptación neta de glucosa por el hígado, el transporte celular y la insulina aumenta la captación de la glucosa y los nivelessanguíneos más bajos de glucagón disminuir el flujo de glucosa, debido a las tasas de disminución de la glucogenólisis y lagluconeogénesis.
  • 9. Kronenberg: Williams Textbook of Endocrinology, 11th ed.Copyright © 2008 Saunders, An Imprint of ElsevierCHAPTER 4 – MECHANISM OF ACTION OF HORMONES THAT ACT ON NUCLEAR RECEPTORSMitchell A. Lazar ▪ Ligands that Act Via Nuclear Receptors, 38 ▪ Subclasses of Nuclear Receptor Ligands, 38 ▪ Orphan Receptors, 39 ▪ Variant Receptors, 39 ▪ Regulation of Ligand Levels, 39 ▪ Nuclear Receptor Signaling Mechanisms, 40 ▪ Domain Structure of Nuclear Receptors, 40 ▪ Nuclear Localization, 41 ▪ Hormone Binding, 41 ▪ Target Gene Recognition by Receptors, 42 ▪ Receptor Dimerization, 42 ▪ Receptor Regulation of Gene Transcription, 43Las hormonas pueden ser divididos en dos grupos en función del lugar en que funcionan en la célula diana. El primer grupoincluye las hormonas que no entran en las células, sino que la señal a través de segundos mensajeros generados por lainteracción con los receptores en la superficie celular. Todas las hormonas polipeptídicas, así como monoaminas y lasprostaglandinas, utilizan receptores de superficie celular (véase el capítulo 5, "Mecanismo de acción de las hormonas queactúan en la superficie celular"). El segundo grupo, el enfoque de este capítulo, incluye hormonas que pueden entrar en lascélulas. Estas hormonas se unen a receptores intracelulares que funcionan en el núcleo de la célula diana para regular laexpresión génica. Clásica hormonas que utilizan receptores intracelulares incluyen la tiroides y las hormonas esteroides.Las hormonas sirven como una forma importante de comunicación entre los diferentes órganos y tejidos, permitiendo que lascélulas especializadas en los organismos complejos para responder de manera coordinada a los cambios en los entornosinternos y externos. Clásica hormonas endocrinas, como las hormonas tiroideas y esteroides, son secretadas por las glándulasde secreción interna y se distribuyen por todo el cuerpo a través del torrente sanguíneo. Estas hormonas se descubrieronmediante la purificación de las sustancias biológicamente activas de las glándulas claramente definible.Se reconoce que muchas otras moléculas de señalización compartir con hormonas tiroideas y esteroides de la capacidad defuncionar en el núcleo para transmitir señales intercelulares y del medio ambiente. No todas estas moléculas se producen enlos tejidos glandulares. Además, mientras que algunas de estas moléculas de señalización llegar a los tejidos diana a través deltorrente sanguíneo como el clásico hormonas endocrinas, otros tienen funciones paracrina (es decir, actúan sobre las célulasadyacentes) o funciones autocrina (es decir, actúan sobre la célula de origen).Además de los clásicos de esteroides y las hormonas tiroideas, lipofílicas moléculas de señalización que utilizan receptoresnucleares son las siguientes: los derivados de metabolitos vitaminas A y D; endógenos como oxysterols y los ácidos biliares, ylos productos químicos no naturales se encuentran en el medio ambiente (xenobióticos). Estas moléculas se denominangenéricamente como ligandos para los receptores nucleares. Los receptores nucleares para todas estas moléculas deseñalización son estructuralmente relacionados y referidos colectivamente como la superfamilia de receptores nucleares. [1][2] [3] El estudio de estos receptores es un rápido movimiento y campo en evolución, y los lectores interesados enactualizaciones e información más detallada pueden visitar la señalización del receptor nuclear Atlas(http://www.nursa.org/index.cfm).
  • 10. Los ligandos que actúan a través de receptores nuclearesCaracterísticas generales de los ligandos del receptor nuclearA diferencia de las hormonas polipeptídicas que funcionan a través de receptores de superficie celular, no ligandos para losreceptores nucleares están directamente codificadas en el genoma. Por el contrario, los ligandos de receptores nucleares sonpequeñas (peso molecular 1000 [daltons d]) y lipofílicos, lo que les permite entrar en las células. La captación celular de losligandos del receptor nuclear puede ser un proceso pasivo, pero en algunos casos se trata de una proteína de transporte demembrana. Por ejemplo, el transportador de aniones orgánicos oatp3 media entrada hormona tiroidea en las células. [4] Lalipofilia de ligandos de receptores nucleares también les permite ser absorbido por el tracto gastrointestinal, lo que facilita suuso en el reemplazo de los tratamientos farmacológicos de los estados de enfermedad.Otra característica común de ligandos naturales de los receptores nucleares es que todos se derivan de la dieta, el medioambiente, y los precursores metabólicos. En este sentido, la función de estos ligandos y sus receptores es traducir el humor delos entornos externo e interno en cambios en la expresión génica. Su papel fundamental en el mantenimiento de lahomeostasis en los organismos multicelulares se destaca por el hecho de que los receptores nucleares se encuentran en todoslos vertebrados, así como los insectos, pero no en organismos unicelulares como las levaduras [5].Debido a que los ligandos de los receptores nucleares son lipofílicas, la mayoría son fácilmente absorbido por el tractogastrointestinal. Esto hace que los objetivos de receptores nucleares excelente para las intervenciones farmacéuticas. Por lotanto, además de ligandos naturales, muchas drogas en uso clínico objetivo receptores nucleares. Estos van desde los que seutilizan para tratar las deficiencias específicas de la hormona a los utilizados para tratar enfermedades comunes multigénicascomo la inflamación, cáncer y diabetes tipo 2.Las subclases de ligandos del receptor nuclearUna clasificación de los ligandos de receptores nucleares se indica en la Tabla 4-1 y se describe a continuación.TABLE 4-1 -- NUCLEAR RECEPTOR LIGANDS AND THEIR RECEPTORS Classical Hormones Thyroid Hormone: Thyroid hormone receptor (TR), subtypes α, β Estrogen: Estrogen receptor (ER), subtypes α, β Testosterone: Androgen receptor (AR) Progesterone: Progesterone receptor (PR) Aldosterone: Mineralocorticoid receptor (MR) Cortisol: Glucocorticoid receptor (GR) Vitamins 1, 25-(OH)2-Vitamin D3: Vitamin D receptor (VDR) All-trans-retinoic acid: Retinoic acid receptor, subtypes α, β, γ) 9-cis-retinoic acid: Retinoid X receptor (RXR), subtypes α, β, γ) Metabolic Intermediates and Products Fatty acids: Peroxisome proliferator activated receptor (PPAR), subtypes α, δ, γ) Oxysterols: Liver X receptor (LXR), subtypes α, β) Bile acids: Bile acid receptor (BAR)
  • 11. XenobioticsPregnane X receptor (PXR), Constitutive androstane receptor (CAR) Las hormonas clásica Las hormonas clásica que utilizan para la señalización de receptores nucleares son hormonas tiroideas y las hormonas esteroides. Las hormonas esteroides incluyen cortisol, la aldosterona, estradiol, progesterona y testosterona. En algunos casos (por ejemplo, la hormona tiroidea de los receptores [TR] α y β genes, receptores de estrógeno [ER] α y β), hay múltiples genes del receptor de codificación múltiples receptores. receptores múltiples para la misma hormona también puede derivar de un solo gen, ya sea por el uso de promotores alternativos o splicing alternativo (por ejemplo, β1 y β2 TR). Por último, algunos receptores pueden mediar en la señal de múltiples hormonas. Por ejemplo, el de mineralocorticoides (aldosterona) receptor (RM) tiene igual afinidad por cortisol [6] y, probablemente, funciona como un receptor de glucocorticoides en algunos tejidos, como el cerebro, y el receptor de andrógenos (AR) se une y responde a la testosterona y dihidrotestosterona (DHT) [7]. Vitaminas Las vitaminas se descubrieron los componentes esenciales de una dieta saludable. Dos vitaminas liposolubles, A y D, son precursores de importantes moléculas de señalización que actúan como ligandos de receptores nucleares. Los precursores de la vitamina D se sintetiza y almacena en la piel y se activa por la luz ultravioleta; vitamina D también puede derivarse de fuentes de alimentación. La vitamina D se convierte en el hígado a 25 (OH) vitamina D y en el riñón a 1,25 - (OH) 2-vitamina D3, el ligando natural más potente del receptor de la vitamina D (VDR). El 1- hidroxilación de la 25 (OH) vitamina D está fuertemente regulado, y 1,25 - (OH) 2-D3 actúa como una hormona de vitamina circulante. La vitamina A se almacena en el hígado y se activa a través del metabolismo del ácido todo-trans-retinoico, que es un ligando de alta afinidad para los receptores del ácido retinoico (RAR). El ácido retinoico es probable que funcione como una molécula de señalización en paracrinos, así como las vías endocrinas. El ácido retinoico también se convierte en su 9-cis-isómero, que es un ligando para otro receptor nuclear llamado el receptor retinoide X (RXR). [8] Se trata de los retinoides y sus receptores son esenciales para la vida normal y el desarrollo de múltiples órganos y tejidos [9]. También tienen utilidad farmacéutica de condiciones que van desde enfermedades de la piel a la leucemia. Intermediarios metabólicos y Productos Algunos receptores nucleares se han descubierto para responder a las naturales, productos metabólicos endógenos. Los receptores activados por proliferadores de peroxisomas (PPAR) constituyen la mejor definición de la subfamilia metabolito de detección de receptores nucleares. [10] Hay tres subtipos, y todos son activados por los ácidos grasos poliinsaturados. No solo de ácidos grasos tiene afinidad particularmente elevado para cualquier PPAR, y es posible que estos receptores pueden funcionar como integradores de la concentración de un número de ácidos grasos. PPARα se expresa principalmente en el hígado; hasta la fecha, el ligando natural con mayor afinidad por el PPARα es un eicosanoides, 8 (S)-ácido hidroxieicosatetraenoico, [11] [12] aunque la evidencia reciente sugiere que el ligando natural puede ser un derivado del ácido graso de la lipólisis de lipoproteínas ricas en triglicéridos circulantes. [13] La clase de medicamentos fibratos para reducir los lípidos son ligandos potente para PPARα, y el nombre de PPARα se deriva de la capacidad de estos compuestos para inducir la proliferación de peroxisomas en el hígado. [ 14] De hecho, la estimulación de la oxidación de ácidos grasos es una de las funciones fisiológicas principales de PPARα. Los PPARs otros (δ y γ) son estructuralmente relacionadas pero no son activados por proliferadores de peroxisomas. PPAR-δ (también conocido como PPAR-β) es omnipresente, y sus ligandos-otros no-que los ácidos grasos se caracterizan también. La activación de PPARδ parece aumentar el metabolismo oxidativo en el músculo esquelético y la grasa. PPARg se expresa principalmente en las células grasas (adipocitos) y es necesaria para la diferenciación a lo largo del linaje de los adipocitos. [15] PPARg se expresa también en otros tipos celulares, incluyendo colonocitos, macrófagos y células endoteliales vasculares, donde se puede jugar fisiológicos, así como funciones patológicas. El ligando natural para PPARg no se conoce, aunque la prostaglandina derivados J tienen la mayor afinidad (en el rango micromolar). [16] [17] [18] Es emocionante saber que PPARg parece ser el blanco de las tiazolidindionas antidiabéticos que mejoran la sensibilidad a la insulina. [15] [19] Se trata de obligar a los agentes farmacéuticos de PPARg con afinidades nanomolar, y ligandos PPARg no tiazolidinediona también sensibilizadores de insulina, implicando más PPARg en este papel fisiológico. Otro de los receptores nucleares que responde metabolito, el hígado llamada receptor X (LXR), se activa por oxysterol intermedios en la biosíntesis del colesterol. Los ratones que carecen LXR-α han drásticamente menor capacidad para metabolizar el colesterol. [20] Otro de los receptores "huérfanos", receptor de ácido biliar (BAR),
  • 12. también conocido como FXR, o "farnesil receptor X", es probable que desempeñe un papel en la regulación de síntesis de la bilis y la circulación en condiciones normales, así como estados de la enfermedad [8]. Xenobióticos Otros receptores nucleares parecen funcionar como integradores de señales exógenas del medio ambiente, incluyendo endobiotics naturales (por ejemplo, productos medicinales y de las toxinas encontradas en las plantas) y xenobióticos (compuestos que no son de origen natural). [14] En estos casos, el papel de la activa nucleares receptor es inducir las enzimas del citocromo P450 que facilitan la desintoxicación de compuestos potencialmente peligrosos en el hígado. Los receptores de esta categoría incluyen SXR, o esteroles y el receptor de xenobióticos (también conocido como pregnano receptor X, o PXR), el receptor [15] y CAR, o constitutiva androstan. [16] Curiosamente, PPARα también se activa por determinadas sustancias químicas ambientales. A diferencia de otros receptores nucleares que tienen gran afinidad por los ligandos muy específicos, los receptores de xenobióticos tienen baja afinidad por un gran número de ligandos, lo que refleja su función en defensa de un ambiente variado y difícil. Aunque estos compuestos xenobióticos claramente no son "hormonas" en el sentido clásico, la función de estos receptores nucleares es coherente con el tema general de ayudar al organismo a hacer frente a los retos medioambientales. Receptores huérfanos La superfamilia de receptores nucleares es una de las más grandes familias de factores de transcripción. Las hormonas y vitaminas que acabamos de describir en cuenta para las funciones de sólo una fracción del número total de receptores nucleares. El resto han sido designados como receptores huérfanos porque sus ligandos putativas no se conocen [21]. De los análisis de los ratones y los seres humanos con mutaciones en diferentes receptores huérfanos, es evidente que muchos de estos receptores son necesarios para la vida o el desarrollo de órganos específicos que van desde los núcleos del cerebro a las glándulas endocrinas. Algunos receptores huérfanos parecen estar activas en la ausencia de ligando ("constitutivamente activo") y no pueden responder a un ligando natural. Sin embargo, todos los receptores conocidos para responder a los metabolitos y los compuestos del medio ambiente se han descubierto como los huérfanos. Por lo tanto, es probable que las futuras investigaciones adicionales que se encuentran receptores huérfanos funcionan como receptores para fisiológicas, farmacológicas, o ligandos del medio ambiente.Variante ReceptoresSegún lo discutido, el carboxilo (C-) terminal de los receptores nucleares es responsable de la unión de la hormona. En el casode los receptores nucleares pocos, incluyendo TRα y el receptor de glucocorticoides, splicing alternativo lleva a la producciónde los receptores de la variante con un único extremo C-terminal que no se unen al ligando. [22] [23] Estos receptores seexpresan normalmente variante, pero su relevancia biológica es incierta. Se ha especulado que modulan la acción del receptorde la clásica a la que se relacionan mediante la inhibición de su función.Otros tipos de variantes que normalmente ocurre receptores nucleares carecen de un clásico de ácido desoxirribonucleico(ADN) dominio de unión (ver "Target Gene reconocimiento por los receptores"). Estos incluyen el DAX-1, que se encuentramutado en la enfermedad humana, [24] y SHP-1. [25] Sus ligandos, en su caso, no se conocen, y es probable que el DAX-1 ySHP-1 se unen a reprimir y las acciones de los otros receptores.Raras, natural mutaciones de los receptores hormonales pueden causar resistencia a la hormona en los pacientes afectados.[26] La herencia del fenotipo de resistencia hormonal puede ser dominante si el receptor mutante inhibe la acción delreceptor normal, como con la resistencia a la hormona tiroidea o ligandos PPARg. [26] La herencia es recesiva si los resultadosde una mutación en la pérdida completa de la función del receptor, como ocurre con el síndrome de raquitismo hereditarioresistente D 1,25-dihidroxivitamina. [27] La herencia también puede ser ligada al cromosoma X, al igual que el andrógenomutado receptores en los síndromes de insensibilidad a los andrógenos, incluyendo la feminización testicular [28].Regulación de los niveles de ligandosLigando los niveles se puede regular en una serie de formas (Tabla 4-2). Un precursor dietéticos no pueden estar disponiblesen cantidades necesarias, como ocurre en el hipotiroidismo debido a la carencia de yodo. Hormonas hipofisarias (por ejemplo,hormona estimulante del tiroides) regulan la síntesis y secreción de hormonas tiroideas clásica y un esteroide. Cuando lasglándulas que sintetizan estas hormonas no, la deficiencia de la hormona puede ocurrir.TABLE 4-2 -- MECHANISMS REGULATING LIGAND LEVELS Precursor availability
  • 13. Synthesis Secretion Activation (prohormone ➙ active hormone) Deactivation (active hormone ➙ inactive hormone) Elimination (hepatic, renal clearance)Muchos de los ligandos del receptor nuclear se convierte enzimáticamente de prohormonas inactivas a la hormonabiológicamente activa (por ejemplo, 5 desyodación de tiroxina] [T4 en triyodotironina T3] [consulte el Capítulo 10). En otroscasos, una hormona es precursor de otro (por ejemplo, la aromatización de la testosterona en estradiol). Biotransformaciónpuede ocurrir en un tejido específico que no es el objetivo principal de la hormona (por ejemplo, 1-hidroxilación renal devitamina D, ver capítulo 27) o puede ocurrir principalmente en los tejidos de destino (por ejemplo, 5α-reducción de latestosterona a DHT; véase el capítulo 18). Deficiencia o inhibición farmacológica de esta enzima puede también reducir losniveles de la hormona [29].Las hormonas pueden ser inactivados por los mecanismos normales de la depuración hepática o renal o por procesosenzimáticos más específicos. En este último caso, la reducción en la actividad enzimática, debido a mutaciones genéticas ofarmacológicas agentes pueden dar lugar a síndromes de exceso de hormona, por ejemplo, la desactivación renal de cortisolpor deshidrogenasa 11-β-hidroxiesteroide (11β-OHSD). Porque, como se señaló anteriormente, el cortisol puede activar elreceptor mineralocorticoide, la insuficiente actividad 11β-OHSD debido a la ingestión de regaliz, la mutación de genes, o losniveles de cortisol muy altas causas de los síndromes de exceso de mineralocorticoides aparente [30].Mecanismos de señalización del receptor nuclearLos receptores nucleares son proteínas multifuncionales que transduce las señales de sus ligandos afines. Característicasgenerales de los receptores nucleares de señalización se ilustran en la figura. 4-1.Figura 4-1 Transducción de señales por las hormonas y otros ligandos que actúan a través de receptores nucleares. Educaciónen derechos humanos, elemento hormonal respuesta; ARNm, ácido ribonucleico mensajero.En primer lugar, el ligando y el receptor nuclear debe llegar al núcleo. El receptor nuclear también deben unirse a su ligandocon alta afinidad. Debido a que una función principal del receptor es regular selectivamente la transcripción de genes diana,debe reconocer y unirse a elementos promotores de los genes objetivo correspondiente. Uno de los mecanismosdiscriminatorios es dimerización de un receptor con una segunda copia de sí mismo o con otro receptor nuclear. El receptor de ADN obligados también deben trabajar en el contexto de la cromatina a la señal de la maquinaria detranscripción basal para aumentar o disminuir la transcripción del gen diana.A lo largo de la siguiente discusión sobre los mecanismos y la regulación de la señalización por receptores nucleares, se debetener en cuenta que algunos mecanismos básicos son generalmente utilizados por muchos o todos los miembros de lasuperfamilia de receptores nucleares, mientras que otros mecanismos de difundir la especificidad que es crucial para elefectos biológicos muy diferentes de las muchas hormonas y ligandos que utilizan estos receptores relacionados.Estructura del dominio de los receptores nuclearesLos receptores nucleares son proteínas cuyos pesos moleculares son generalmente entre 50.000 y 100.000 d. Todos elloscomparten una serie común de dominios, conocidos como la A a la F (fig. 4-2). Esta descripción lineal de los receptores es útilpara describir y comparar los receptores, pero no captura el papel de plegamiento de las proteínas y la estructura terciaria enla mediación de las funciones de los receptores diferentes. Al escribir estas líneas, el receptor no de cuerpo entero hormonalesnucleares se ha cristalizado, pero las estructuras de los dominios individuales han sido muy reveladores, como queda claro enlos debates de las funciones de los receptores específicos que siguen.Figura 4-2 Estructura dominio de los receptores nucleares.Localización nuclearLos receptores nucleares, como todas las proteínas celulares, se sintetizan en los ribosomas que residen fuera del núcleo. Laimportación de los receptores nucleares en el núcleo requiere la señal de localización nuclear (NLS), que se encuentra cercade la frontera de la C y D dominios (ver fig. 4-2). Como resultado de sus señales de localización nuclear, la mayoría de los
  • 14. receptores nucleares residen en el núcleo en ausencia, así como en la presencia, del ligando. Una excepción importante es elreceptor de glucocorticoides (GR), que, a falta de la hormona, está amarrado en el citoplasma de un complejo de moléculaschaperonas, incluyendo las proteínas de choque térmico (HSP). Unión de la hormona a los recursos genéticos induce uncambio conformacional que resulta en la disociación del complejo de acompañante, lo que permite el GR-hormona activa paraal núcleo a través de su señal de localización nuclear.Unión de la hormonaDe alta afinidad de unión de un ligando lipofílico es una característica común de muchos receptores nucleares. Esta función ladefinición del receptor está mediada por los dominios C-terminal de unión ligando-(LBDS), los dominios D y E en la figura. 4-2.Esta región del receptor también tiene muchas otras funciones, incluyendo la inducción de la dimerización y la regulacióntranscripcional (ver "La dimerización del receptor" y "receptor de Regulación de la transcripción del gen" más abajo).La estructura del LBD se ha resuelto por un número de receptores. Todos ellos comparten una estructura general similar,formado por 12 segmentos de α-helicoidal en una estructura muy plegado terciario (Fig. 4-3A). El ligando se une en un bolsillohidrofóbico compuesto de aminoácidos en la hélice 3 (H3), H4 y H5. El principal cambio estructural inducido por la unión delligando es un plegamiento interno de la hélice C-terminal de la mayoría (H12), que forma un tapón en el bolsillo de unión alligando (ver fig. 4-3B). Aunque el mecanismo general de la unión del ligando es similar para todos los receptores, los detallesson cruciales en la determinación de especificidad del ligando. [31] [32] Aunque los detalles moleculares de la unión delligando están fuera del alcance de este capítulo, este es el determinante más importante de la especificidad del receptor.Figura 4-3 bases estructurales de la unión del ligando del receptor nuclear y la contratación cofactor. A y B, Apo-receptor (sinligando unido), B y D, ligando del receptor de ruedas. C y D, Estructuras mostrando la unión de posición de correpresor (C) ocoactivador (D).Objetivo para el reconocimiento de genes por los receptoresOtro factor crucial para la especificidad de los receptores nucleares es su capacidad para reconocer y unirse al subconjunto degenes que se rigen por sus ligandos afines. Objetivo genes contienen secuencias específicas de ADN que se denominanelementos de respuesta hormonal (HREs). La unión a la educación en derechos humanos está mediada por el dominio Ccentral de los receptores nucleares (ver fig. 4-2). Esta región se componen típicamente de 66 a 68 aminoácidos, entre ellos dossubdominios llamados dedos de zinc debido a la estructura de cada subdominio es mantenido por cuatro residuos de cisteínaque se coordinan con un átomo de zinc.El primero de estos módulos ordenó zinc contiene aminoácidos básicos que el ADN de contacto, como con el LBD, laestructura global del dominio de unión al ADN (DBD) es muy similar para todos los miembros de la superfamilia de receptoresnucleares. La especificidad de unión a DNA está determinada por múltiples factores (Tabla 4-3). Todos los receptores dehormonas esteroides, a excepción del receptor de estrógeno (ER), se unen a la doble cadena de ADN de secuencia AGAACA(fig. 4-4).TABLE 4-3 -- DETERMINANTS OF TARGET GENE SPECIFICITY OF NUCLEAR RECEPTORSSpecificity Factor Region of ReceptorBinding to DNA DNA-binding domain (DBD, C domain)Binding to specific hexamer (AGGTCA vs. AGAACA) P-Box in C-domainBinding to sequences 5′ to hexamer C-terminal extension of DBDBinding to hexamer repeats Dimerization domain (C domain for steroid receptors, D-E-F for others)Recognition of hexamer spacing Heterodimerization with RXR (nonsteroid receptors, C domain)Figura 4-4 base estructural de los receptores nucleares (NR) especificidad de unión al ADN. diagramas de la cinta de opcionesde los dominios de unión al receptor de ADN-(DBDs) se muestran. Un receptor de la hormona esteroide vinculante comohomodímero de repetición invertida (flechas) de media AGAACA in situ. B, heterodímero RXR-NR vinculante para repetirdirecta de AGGTCA. La posición de la P-caja, la región de la DBD que hace contacto directo con el ADN, se muestra. N, Númerode pares de bases entre los dos medios centros, RXR, receptor retinoide X.Por convención, la secuencia de doble cadena es descrito por la secuencia de una de las cadenas complementarias, con las
  • 15. bases ordenado de los 5 al extremo 3. Otros receptores nucleares reconocen la secuencia de AGGTCA. El determinanteprincipal de esta especificidad es un grupo de residuos de aminoácidos en la llamada P-caja de la DBD (ver fig. 4-4). Estassecuencias de ADN hexámero se conocen como medio-sitios. Las dos únicas diferencias entre estos hexamérica medio-sitiosson los dos pares de bases centrales (subrayado). Para algunos receptores nucleares, la extensión C-terminal de la DBDcontribuye especificidad para ampliación de la mitad de sitios que contienen adicionales, el ADN altamente específicassecuencias 5 a la hexámero (ver fig. 4-2). Otra fuente de la especificidad de los genes diana es el espacio y la orientación deestos sitios de media, que en la mayoría de los casos están vinculados por dímeros de los receptores.Dimerización del receptorComo se señaló anteriormente, el receptor nuclear DBD tiene afinidad por el medio hexamérica in situ, o ampliación de lamitad sitios; HREs muchos, sin embargo, están compuestas de repeticiones de la secuencia de media página, y la mayoría deobligar a los receptores nucleares HREs como dímeros. receptores de esteroides, incluyendo ER, funcionan principalmentecomo homodímeros, que preferentemente se unen a dos medio-sitios orientados hacia la otra (repeticiones invertidas) contres pares de bases en el medio (IR3) (ver fig. 4-4A). El dominio de dimerización principales receptores de esteroides seencuentra dentro del dominio C-, aunque el LBD contribuye. Ligando vinculante facilita dimerización y unión al ADN de losreceptores de hormonas esteroides. La mayoría de otros receptores, incluyendo TR, RAR, VDR, PPAR, LXR, y VDR, se unen alADN como heterodímeros con RXR (ver fig. 4-4B).Heterodimerización con RXR está mediada por dos interacciones distintas, una de ellas y la LBDS DBDs demás casos. Elreceptor de LBD media la interacción fuerte, que se produce incluso en ausencia de ADN. Estos heterodímeros de receptoresse unen a dos medio-sitios dispuestos como repeticiones directas (DR) con un número variable de pares de bases en el medio.La distancia de la media sitios es un factor determinante de la especificidad de destino gen. Esto se debe a la interacciónreceptor-receptor de segundo, lo que implica la DBDs y es muy sensible a la distancia de la media sitios. Por ejemplo, VDR /RXR heterodímeros se unen preferentemente a repeticiones directas separadas por tres bases (sitios DR3), TR / RXR se uneDR4, y RAR / RXR se une DR5 con mayor afinidad [33].La base estructural de esta restricción a la unión al ADN se relaciona con el hecho de que el RXR se une a la media aguas arribade sitio (más alejado del inicio de la transcripción). Como resultado de la periodicidad de la hélice de ADN, cada par de basesque separa el medio-sitiosconduce a una rotación de unos 36 grados de media-un sitio con respecto al otro. diferencias sutiles en la estructura delreceptor de LBDS hacer las interacciones DBD más o menos favorables, en los diferentes grados de rotación. [34]Reglamento del receptor de la transcripción del genLos receptores nucleares mediar en una variedad de efectos sobre la transcripción de genes.Las modalidades más comunes de la regulación son la activación de genes dependientes de ligando, la represión ligando-independiente de la transcripción y la regulación negativa ligando-dependiente de la transcripción (Tabla 4-4). En el resto deeste capítulo se describen estos mecanismos.TABLE 4-4 -- REGULATION OF GENE TRANSCRIPTION BY NUCLEAR RECEPTORS 1. Ligand-dependent gene activation: DNA binding and recruitment of coactivators 2. Ligand-independent gene repression: DNA binding and recruitment of corepressors 3. Ligand-dependent negative regulation of gene expression: DNA binding and recruitment of corepressors or recruitment of coactivators off DNALa activación ligando-dependienteLa activación ligando-dependiente es la función más bien entendida de los receptores nucleares y sus ligandos. En este caso,aumenta la transcripción del receptor del ligando enlazado a un gen diana a la que esté obligado. El DBD sirve para acercar losdominios de los receptores que median la activación de la transcripción de un gen específico. la activación transcripcional ensí está mediada principalmente por el LBD, que puede funcionar de la misma manera, incluso cuando se transfiere a unaproteína de unión al ADN que no se relaciona con receptores nucleares. La función de activación (AF) de la LBD se le conocecomo AF-2 (ver fig. 4-2).la transcripción de genes es mediada por un gran complejo de factores que en última instancia, regulan la actividad del ácidoribonucleico (ARN) de la polimerasa, la enzima que utiliza el ADN cromosómico plantilla para dirigir la síntesis de ARNmensajero. La mayoría de los genes de mamíferos son transcritos por la RNA polimerasa II, utilizando una gran cantidad deproteínas cofactor, incluidos los factores de transcripción basal, y los factores asociados colectivamente se hace referenciaaquí como factores de transcripción generales (GTFs). Los detalles sobre GTFs son de fundamental importancia y están
  • 16. disponibles en otros lugares [35].El receptor nuclear ligando enlazado comunica señales estimulantes a GTFs en el gen al que se destina. Ligandosespecíficamente contratar a un conjunto de proteínas con el receptor nuclear LBD [36]. Positivamente en calidad cofactores,llamado coactivadores, reconocen específicamente la conformación ligando enlazado de la LBD y se unen al receptor nuclearde ADN sólo cuando una activación ("agonista") hormona o ligando se une. [37] Una serie de proteínas que se unen acoactivador liganded receptores nucleares se han descrito (tabla 4-5) [37].TABLE 4-5 -- NUCLEAR RECEPTOR COACTIVATORS AND COREPRESSORSCOACTIVATORS 1. Chromatin Remodeling Swi/Snf complex 2. Histone Acetyl Transferase p160 family (SRC-1, GRIP-1, pCIP) p300/CBP pCAF (p300/CBP-associated factor) 3. Activation TRAP/DRIP (thyroid receptor associated proteins/D-receptor interacting proteins)COREPRESSORS N-CoR (Nuclear receptor corepressor) SMRT (Silencing mediator for retinoid and thyroid hormone receptors)El determinante más importante del coactivador vinculante es la posición de H12, que cambia drásticamente al activarreceptores se unen a ligandos (ver fig. 4-3D). Junto con H3, H4 y H5, H12 forma una hendidura hidrofóbica que está obligadopor regiones polipeptídicas de las moléculas cortas coactivador. [38] [39] [40] Estos polipéptidos, llamado NR cajas, tienensecuencias características de LxxLL, donde L es la leucina y xx puede ser cualquiera de los dos aminoácidos [41].Coactivadores aumentar la tasa de transcripción de los genes. Esto se logra mediante las funciones enzimáticas, incluyendoDNA desenrollado actividad, así como acetiltransferasa de histonas (HAT) actividad [42]. HAT actividad es de importanciacrítica para la activación porque el ADN cromosómico se enrollan firmemente alrededor de unidades nucleosomal compuestade proteínas histonas. La acetilación de las colas de lisina de las histonas "abre" esta estructura de la cromatina.La clase comprende mejor coactivador de proteínas es el denominado p160 de la familia, cuyo nombre se basa en su tamaño(~ 160 kd). Hay por lo menos tres moléculas, cada una con los nombres de numerosos (ver Tabla 4-5). [43] Estos factoresposeen actividad HAT y recluta coactivadores otros (CBP y p300), que también son los sombreros. Un HAT tercera, llamadafactor de p300/CBP-associated (PCAF), también es contratado por los receptores liganded. Juntos estos sombreros, junto conun complejo de moléculas llamadas SWI / SNF, que dirige trifosfato de adenosina (ATP)-dependiente de ADN relajarse, crearuna estructura de la cromatina que favorece la transcripción (fig. 4-5) [44].Figura 4-5 coactivadores y correpresores en la regulación transcripcional por los receptores nucleares. CBP, proteína calcio-vinculante; PRD, D-proteína del receptor que interactúan; HRE, elemento de respuesta hormonal; HAT, histonaacetiltransferasa; HDAC, histona deacetilasa; N-CDR, correpresor receptor nuclear; NR, receptor nuclear; PCAF, CBP/p300-factor asociado; SMRT, mediador silenciamiento de los receptores retinoides y tiroides; TRAP, la proteína del receptor de lahormona tiroidea asociada.Es posible que la contratación de HAT múltiples refleja diferentes especificidades de histonas y otras posibles, las proteínas no
  • 17. histonas. Algunos sombreros también interactuar directamente con GTFs y aumentar aún más sus actividades. Un importantecomplejo que también enlaza a los receptores nucleares GTFs es la trampa (proteína asociada al TR) o goteo (proteínasasociadas al receptor D) complejos. [45] [46] los sombreros y los factores TRAP son reclutados para el receptor liganded,meta-gen ligado en una forma ordenada que también involucra en bicicleta dentro y fuera de los objetivos del gen receptorpor un mecanismo que todavía no se entiende [47].La represión de la expresión génica de los receptores UnligandedAunque la unión al DNA es dependiente de ligando para los receptores de hormonas esteroides, otros receptores nuclearestienen la obligación de ADN, incluso en ausencia de su ligando afines. El receptor unliganded ADN-dependiente no esperapasivamente la hormona, sino que activamente reprime la transcripción del gen diana. Esta represión tanto "apaga" el gen deinterés y amplifica la magnitud de la posterior activación de la hormona o ligando. Por ejemplo, si el nivel de la transcripciónde genes en el estado reprimido es del 10% del nivel basal en la ausencia del receptor, una hormona de activación a 10 vecespor encima de ese nivel basal representa una diferencia de 100 veces la tasa de transcripción entre la hormona de deficiente(reprimido) los genes y los genes de la hormona activa.Figura 4-6 La represión y las funciones de activación de aumentar el rango dinámico de regulación transcripcional por losreceptores nucleares. Educación en derechos humanos, elemento hormonal respuesta. La magnitud de la activación y larepresión se establecen de manera arbitraria a 10 veces para este ejemplo teórico. En las células de estas magnitudes varíanen función del coactivador y la concentración corpressor, así como de una manera meta-gen-específicas.En muchos sentidos, el mecanismo molecular de la represión es el reflejo de la activación ligando-dependiente. El receptornuclear unliganded reclutas actuando negativamente factores (correpresores) para el gen de interés (ver fig. 4-3C). Los dosprincipales correpresores son grandes (~ 270 kd) proteínas, llamadas receptores nucleares correpresor (N-CDR) y elsilenciamiento de los receptores retinoides mediador y de la tiroides (SMRT) [49]. N-CDR y SMRT reconocen específicamentela conformación de los receptores nucleares unliganded y el uso de una secuencia de anfipáticas helicoidal similar a la caja deNR coactivadores de obligar a un bolsillo hidrofóbico en el receptor.Para correpresores, el péptido responsable de la unión al receptor se llama el cuadro de CoRNR y contiene la secuencia (I o L)xx (I o V) I (donde I es la isoleucina, leucina L, V es la valina, y representa xx cualquiera de los dos aminoácidos ácidos). [50] Elreceptor utiliza hélices 3 a 5 para formar el bolsillo hidrofóbico, como en coactivador vinculante, pero H12 no promueve eincluso obstaculiza correpresor vinculante. Este comportamiento negativo de H12 se destaca el papel del cambio ligando-dependiente de la posición de H12 como también el interruptor que determina la represión y la activación de los receptoresnucleares (ver fig. 4-5) [51].Las funciones de la transcripción de la N-CDR y SMRT son lo contrario de las de los coactivadores. El correpresores mismos noposeen actividad enzimática pero deacetilasas contratar histonas (HDACs) para el gen de interés, invirtiendo así los efectos dela acetilación de las histonas descritas anteriormente y que conducen a un acuerdo, estado reprimido de la cromatina. Aunqueel genoma de los mamíferos contiene HDACs múltiples, varios de los cuales pueden jugar un papel en la función de receptoresnucleares, el principal implicado en la represión es HDAC3, cuya actividad enzimática en realidad depende de la interaccióncon la N-CDR o SMRT. [52] El correpresores también interactúan directamente con GTFs para inhibir su actividadtranscripcional, y existen en grandes complejos multiproteicos cuya gama de funciones todavía no está totalmente entendido.Regulación negativa ligando-dependiente de la expresión génica (transrepresión)El interruptor ligando-dependiente entre las conformaciones de los receptores activados reprimidos y explica cómo lashormonas activan la expresión génica. Sin embargo, muchos objetivos gene importante de las hormonas están apagados enpresencia del ligando. Esto se conoce como regulación negativa ligando-dependiente de la transcripción, o transrepresión,para distinguirlo de la represión de la transcripción basal de los receptores unliganded.El mecanismo de regulación negativa es menos conocido que la activación ligando-dependiente, y, de hecho, puede haber másde un mecanismo. [53] Uno de los mecanismos implica receptor nuclear de unión a los de unión al ADN que cambiarradicalmente el paradigma de la activación ligando-dependiente ( elementos negativos de respuesta). Ligando enlazado areceptores correpresores contratar y la actividad HDAC a tal uniónsitios. Por ejemplo, cuando se une el TR unliganded al elemento de respuesta negativa del gen de la subunidad β de lahormona estimulante del tiroides (TSH), la transcripción se activa. Ligando correpresores reclutas vinculante y HDAC a la TRy conduce a la supresión de la transcripción. En otros casos, se ha postulado que la regulación negativa puede resultar de launión del ligando a los receptores nucleares que se unen a otros factores de transcripción, sin unión al ADN. Esta interacciónda lugar a la eliminación de coactivadores como p300 y CBP de los otros factores de transcripción que regulan positivamenteel gen. En este modelo, la inhibición de la actividad de los resultados de manera positiva en calidad factores en la regulaciónnegativa observada.Papel de otros dominios del receptor nuclearEl N-terminal A / B de dominio de los receptores nucleares es la región más variable entre todos los miembros de la
  • 18. superfamilia en términos de duración y la secuencia de aminoácidos. Incluso los subtipos del receptor misma frecuenciatienen completamente diferente A / B dominios. La función de este ámbito es por lo menos bien definidos. No es necesariopara la represión o activación unliganded ligando-dependiente. En muchos receptores, el A / B de dominio contiene unaactividad transcripcional positiva, a menudo denominada AF-1 (ver fig. 4-2), que es independiente del ligando, peroprobablemente interacciona con coactivadores y pueden influir en la magnitud de la activación por los agonistas o agonistasparciales. Esta función es la activación específica de los tejidos y tiende a ser más importante para los receptores de hormonasesteroides, cuyo A / B dominios son notablemente más largos que los de otros miembros de la superfamilia [54]. El dominiode F, de los receptores nucleares es hipervariable de longitud y secuencia, y su función no se conoce.Las interferencias con otras vías de señalizaciónLas hormonas y citoquinas que señal a través de receptores de superficie celular también regulan la transcripción de genes, amenudo mediante la activación de las proteínas quinasas que fosforilan factores de transcripción como AMPc-proteínarespuesta elemento vinculante (CREB). Esas señales también pueden conducir a la fosforilación de los receptores nucleares.quinasas dependientes múltiples señales fosforilación de receptores nucleares, que producen cambios conformacionales queregulan la función [55]. fosforilación puede conducir a cambios en la unión a ADN, la unión del ligando, o coactivadorvinculante; estas consecuencias variable dependerá de la cinasa específica del receptor, y el dominio del receptor que seencuentra fosforilada. Las propiedades de coactiva-res y las moléculas correpresor también están reguladas por lafosforilación.Antagonistas de los receptoresAlgunos ligandos funcionar como antagonistas de los receptores, compitiendo con agonistas para el sitio de unión al ligando.En el caso de receptores de hormonas esteroides, la posición de H12 en el antagonista de los receptores con destino no esidéntica a la del receptor de unliganded o el receptor agonista determinado. H12, que a su vez tiene una secuencia similar a lacaja de NR, se une a la bolsa coactivador de unión del receptor y por tanto, evite coactivador vinculante. [56] Estaconformación antagonista del receptor de la envolvente también favorece la unión a correpresor receptores de hormonasesteroides.Los ligandos del tejido-selectivaAlgunos ligandos funcionan como antagonistas en algunos tejidos pero como agonistas totales o parciales en otros. Estosmoduladores selectivos del receptor incluyen compuestos como el tamoxifeno, un modulador selectivo del receptor deestrógeno (SERM). Los SERMs son antagonistas de receptores de estrógeno con respecto a las funciones de AF-2, incluyendocoactivador vinculante, y requieren la función AF-1 por su actividad agonista. [57] Tal agonismo, como AF-1 actividad, tiendea ser específico de tejido y por lo tanto tiene gran utilidad terapéutica [58].Además de las drogas, ciertos ligandos endógenos (por ejemplo, la testosterona, la DHT) también mediadores de los efectosespecíficos de tejido. La base molecular de la actividad específica de los tejidos no se entiende bien, pero se debeprobablemente a la expresión o la actividad transcripcional de cofactores que diferencian entre los receptores unidos adiferentes ligandos. La tabla 4-6 resume los factores que contribuyen al tejido especificidad de la actividad del receptor.TABLE 4-6 -- FACTORS MODULATING RECEPTOR ACTIVITY IN DIFFERENT TISSUES Receptor concentration Ligand concentration Ligand function (agonist, partial agonist, antagonist) Concentrations and types of coactivators and corepressors Phosphorylation state of nuclear receptorCHAPTER 5 – MECHANISM OF ACTION OF HORMONES THAT ACT AT THE CELL SURFACEAllen Spiegel Christin Carter-Su Simeon I. Taylor
  • 19. ▪ Receptors, 47 ▪ Hormone Binding, 48 ▪ Regulation of Hormone Sensitivity, 48 ▪ Receptor Tyrosine Kinases, 48 ▪ Downstream Signaling Pathways, 51 ▪ Off Signals: Termination of Hormone Action, 53 ▪ Mechanisms of Disease, 53 ▪ Receptor Serine Kinases, 54 ▪ Receptors that Signal through Associated Tyrosine Kinases, 55 ▪ G Protein–Coupled Receptors, 58 ▪ G Protein–Coupled Receptor Interactions with Other Proteins, 61Las hormonas son secretadas a la sangre y actúan sobre las células diana a una distancia de la glándula de secreción. A fin deresponder a una hormona, una celda de destino debe contener los elementos esenciales de una vía de señalización. En primerlugar, debe haber un receptor de obligar a la hormona. En segundo lugar, debe haber un efector-o ejemplo, una actividadenzimática que se regula cuando la hormona se une a su receptor. Por último, deben ser adecuadas vías de señalización desalida para mediar en las respuestas fisiológicas a la hormona. De hecho, el tipo de mecanismo que implica receptores,efectores, y aguas abajo las vías de señalización que es bastante general y también funciona en los sistemas endocrinos, talescomo las reguladas por los neurotransmisores, citoquinas y factores paracrinos y autocrinos. Este capítulo examina variosejemplos de las enfermedades endocrinas vías de señalización que se inician con la activación de los receptores situados en lasuperficie de las células diana, con especial atención a los mecanismos moleculares que funcionan en la fisiología normal y lapatología molecular que causa la enfermedad.ReceptoresDefinición y Clasificación Hay dos funciones esenciales que definen a los receptores hormonales: (1) la capacidad de obligar a la hormona y (2) lacapacidad de unión de la hormona Pareja a la acción hormonal. Ambos componentes de la definición son esenciales, porejemplo, muchas hormonas se unen a las proteínas de unión que se distinguen de los receptores de las proteínas de unión,porque el no activan las vías de señalización que median la acción hormonal. Muchas clases de receptores son de interés en endocrinología. Algunos receptores están localizados dentro de la célula yfuncionan como factores de transcripción (por ejemplo, los receptores de las hormonas tiroideas y esteroides). Otrosreceptores se encuentran en la superficie de la célula y la función principalmente para el transporte de sus ligandos en lacélula por un proceso denominado endocitosis mediada por receptor (por ejemplo, densidad de la lipoproteína receptores debaja). En este capítulo, nos concentramos en la superficie de los receptores de las células que desencadenan vías deseñalización intracelular. Estos receptores de superficie de las células se pueden clasificar de acuerdo a los mecanismosmoleculares por los cuales realizan sus funciones de señalización: Ligando los canales iónicos (por ejemplo, los receptores de acetilcolina nicotínicos)1. Receptor tirosina quinasas (por ejemplo, los receptores para la insulina y del factor de crecimiento como la2. insulina-I [IGF-I]) serina del receptor / treonina cinasas (por ejemplo, los receptores de activinas y Inhibinas)
  • 20. 3. Receptor de la guanilato ciclasa (por ejemplo, natriurético auricular del receptor del factor)4. G receptores acoplados a proteínas (por ejemplo, los receptores de los agentes adrenérgicos, muscarínicos5. colinérgicos, hormonas glicoproteína, el glucagón y la hormona paratiroidea) Receptores de citoquinas (por ejemplo, los receptores para la hormona del crecimiento, prolactina y leptina)6. Los receptores que pertenecen a las clases 1 a 4 son moléculas bifuncionales que pueden obligar a la hormona, así comoservir como efectores de funcionamiento, ya sea como canales de iones o enzimas. En contraste, los receptores quepertenecen a las clases 5 y 6 tienen la capacidad de obligar a la hormona, sino que deben contratar a una molécula porseparado para catalizar la función efectora. Por ejemplo, como su nombre lo indica, G receptores acoplados a proteínas Gutilizan las proteínas para regular las moléculas efectoras río abajo. Del mismo modo, receptores de citoquinas reclutantirosina quinasas citosólicas (por ejemplo, Jano tirosina quinasas de la familia, o JAK) como efectores para desencadenar aguasabajo vías de señalización.Unión de la hormona Según lo predicho por el hecho de que las hormonas circulan en concentraciones relativamente bajas en el plasma, lainteracción vinculante entre una hormona y su receptor se caracteriza por una alta afinidad. Por otra parte, unión de lahormona tiene un alto grado de especificidad. En general, el receptor se une su hormona afines con más fuerza de lo que seune a otras hormonas. Sin embargo, algunos receptores de hormonas pueden unirse relacionados estructuralmente conmenor afinidad. Por ejemplo, el receptor de la insulina se une el crecimiento de factores como la insulina (IGF), con vecesmenor afinidad aproximadamente 100 que se une a la insulina. Del mismo modo, el receptor de TSH se une con lagonadotropina coriónica humana menor afinidad de lo que se une tirotropina. Este fenómeno ha sido denominadodesbordamiento especificidad y proporciona una explicación de varias condiciones patológicas, como la hipoglucemia causadapor tumores secretores de IGF-II y el hipertiroidismo asociado a coriocarcinoma. [ 1 ]La unión de una hormona (H) a su receptor (R) puede ser descrita matemáticamente como una reacción de equilibrio: En el equilibrio, K a = (HR) / (H) (R), donde K es una constante de la asociación para la formación del complejo receptor de lahormona (FC). Tal como se había demostrado por Scatchard, es posible reordenar esta ecuación en términos de laconcentración total de sitios de unión del receptor, R 0 = (R) + (RH), de la siguiente manera: Una línea recta se obtiene cuando (HR) / (H) (es decir, la proporción de la envolvente a la hormona libre) se representa comouna función de (CR) (la concentración de la hormona de la envolvente). La pendiente de la línea es un-K , y la línea intercepta eleje horizontal en el punto donde (HR) = R = 0 el número total de sitios de unión. Este tipo de gráfico se conoce como uncomplot de Scatchard y se ha utilizado como un método gráfico para estimar la afinidad con la que un receptor se une suhormona. Aunque las propiedades de unión de algunos receptores se describen más o menos exactamente por estasecuaciones simples, otros receptores presentan propiedades más complejas. Esta derivación simple algebraica de la ecuaciónde Scatchard supone implícitamente que sólo hay una clase de receptores y que los sitios de unión en los receptores nointeractúan entre sí. Si estas suposiciones no son aplicables a la interacción de una hormona en particular con su receptor, latrama de Scatchard puede no ser lineal. Varios mecanismos moleculares pueden contribuir a la no linealidad de la trama de Scatchard. Por ejemplo, puede haber másde un tipo de receptor que se une a la hormona (por ejemplo, una alta afinidad y baja capacidad de sitio y una afinidad baja,capacidad de estación alta). Por otra parte, algunos receptores tienen más de un sitio de unión, y puede haber interaccionescooperativas entre los sitios de unión (por ejemplo, el receptor de la insulina). Además, la interacción entre una proteína G yun receptor acoplado a proteína-G puede afectar a la afinidad con la que el receptor se une su ligando, por otra parte, el efectosobre la afinidad de unión depende de si difosfato de guanosina (PIB) o trifosfato de guanosina (GTP) es unido a la proteína G.Sin embargo, una discusión detallada de estas complejidades está fuera del alcance de este capítulo.Reglamento de la hormona de la sensibilidadA principios de la historia de la endocrinología, la atención se centró en la regulación de la secreción de la hormona como elmecanismo más importante para la regulación de la fisiología. Sin embargo, se ha hecho evidente que la celda objetivo no es
  • 21. pasiva. Más bien, hay muchas influencias que pueden alterar la sensibilidad de la meta de la célula de la respuesta que unadeterminada concentración de la hormona. Por ejemplo, el número de receptores puede ser regulada. En igualdad decondiciones, la sensibilidad de hormonas está directamente relacionada con el número de receptores de la hormonaexpresada en la superficie celular. Además, las modificaciones postraduccionales del receptor puede modificar ya sea laafinidad de unión de la hormona o la eficiencia de acoplamiento abajo para vías de señalización. Por otra parte, todos loscomponentes intermedios en la vía de la acción hormonal están sujetos a tipos similares de las influencias de reglamentación,que puede tener un impacto significativo en la capacidad de la célula diana para responder a la hormona. Así como la sensibilidad hormonal está sujeta a regulación fisiológica normal, influencias patológicas puede causar unaenfermedad centrándose en los componentes de la vía de la acción hormonal. Son múltiples los factores etiológicos puedenponer en peligro la vía de la acción hormonal, como las influencias genéticas, procesos autoinmunes, y las toxinas exógenas.Por ejemplo, mecanismos de la enfermedad puede alterar las funciones de la superficie de los receptores de células efectoras,como las proteínas G, y otros componentes de las vías de señalización aguas abajo. Este capítulo describe varios ejemplos queilustran estos principios.Receptor tirosina quinasas tirosina quinasas del receptor tienen varias características estructurales en común: un dominio extracelular que contiene elsitio de unión del ligando, un dominio transmembrana único, y una porción intracelular que incluye el dominio catalíticotirosina quinasa ( fig. 5-1 ). El análisis de la secuencia del genoma humano sugiere que hay aproximadamente 100 de losreceptores tirosina quinasas. La tirosina quinasa de dominio es la secuencia más altamente conservada entre todos losreceptores de esta familia. Por el contrario, existe una variación considerable entre las secuencias de los dominiosextracelulares. De hecho, la familia de receptores tirosina quinasas pueden ser clasificadas en 16 subfamilias, principalmentesobre la base de las diferencias en la estructura del dominio extracelular. [ 2 ] Por otra parte, la tirosina quinasa del receptormedian las acciones biológicas de una gran variedad de ligandos, incluyendo la insulina, factor de crecimiento epidérmico(EGF), factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF), y vascular del factor de crecimiento derivado de células delendotelio. La variación en las secuencias de los dominios extracelulares permite a los receptores de obligar a esta diversacolección estructural de los ligandos. Figura 5-1 receptor de tirosina quinasas. Este diagrama ilustra 3 de las 16 familias de las quinasas de tirosina delreceptor. [ 2 ] [ 3 ] Todos los receptores tirosina quinasas poseen un dominio extracelular que contiene el sitio de unióndel ligando, un dominio transmembrana único y un dominio intracelular que contiene el dominio tirosina quinasa.Varios motivos estructurales (es decir, rica en cisteína de dominio, como dominio de inmunoglobulina, la tirosinaquinasa de dominio) en estos tirosina quinasas del receptor se indican en la parte derecha de la figura. Cys, cisteína,EGF, factor de crecimiento epidérmico; Ig, la inmunoglobulina; PDGF , derivado del factor de crecimiento plaquetario. El receptor de EGF fue el receptor de la superficie celular el primero en demostrar que poseen actividad tirosina quinasa [ 4 ] yfue el receptor de la tirosina quinasa primero en ser clonado. [ 5 ] Como la mayoría de la tirosina quinasa del receptor, elreceptor de EGF existe principalmente como monómero en la ausencia de ligando. Sin embargo, la unión del ligando induce ladimerización del receptor. Como veremos más adelante en este capítulo, ligando dimerización inducida es fundamental parael mecanismo por el cual el receptor media la actividad biológica del FCE. Además de la capacidad de formar homodímeros, elreceptor de EGF puede formar heterodímeros con otros miembros de la misma subfamilia de receptores de tirosina quinasas.Debido a que un pequeño número de receptores pueden combinarse en un gran número de parejas, la formaciónheterodímero tiene el potencial para poner a punto la especificidad de los receptores con respecto al carácter obligatorio yaguas abajo de señalización ligando. El receptor de la insulina es de especial interés para los endocrinólogos, porque la diabetes es una de las enfermedadescomunes mayor parte del sistema endocrino. Además, el receptor de la insulina muy similar a la del receptor tipo 1 de IGF. [ 6 ]Este es el receptor que media las acciones biológicas del IGF-I y por tanto, también juega un papel importante en la fisiologíade la hormona del crecimiento (GH) en vivo. Aunque los dominios quinasa de receptores para la insulina y el IGF-I se parecenmucho a otras tirosina quinasas del receptor, por lo menos dos características distintivas de los distinguen. En primer lugar,los receptores se sintetizan como proreceptors que sufren ruptura proteolítica en dos subunidades (α y β). La subunidad αcontiene el sitio de unión del ligando, la subunidad β incluye la transmembrana y la tirosina quinasa dominios. En segundolugar, ambos receptores α 2 existen como β 2 heterotetrámeros que se estabilizan por puentes disulfuro intersubunit. Adiferencia de otras tirosina quinasas del receptor, que se cree que dimerizarse en respuesta a la unión del ligando, el receptorde la insulina existe como un dímero de αβ monómeros, incluso en ausencia de ligando. El resto de esta sección se revisan losmecanismos moleculares por receptores tirosina quinasas mediar la acción biológica, con especial énfasis en el receptor de lainsulina como un ejemplo ilustrativo.La activación del receptor: Papel de los receptores Dimerización
  • 22. Dimerización desempeña un papel central en el mecanismo por el cual la mayoría de los receptores tirosina quinasas seactivan por sus ligandos afines. [ 2 ] [ 7 ] A pesar de la dimerización del receptor es un tema común, los mecanismos molecularesdetallados difieren de receptor a receptor. Los siguientes son tres ejemplos de los mecanismos de la dimerización delreceptor ( Fig.. 5-2 ). [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] Figura 5-2 ligando inducida por dimerización de los receptores. Dos mecanismos moleculares de la inducción delreceptor-ligando dimerización se ilustran. En el caso del factor de crecimiento derivado de plaquetas, el ligando esdimérica y por lo tanto contiene dos sitios de unión del receptor. [ 8 ] [ 9 ] En el caso de la hormona del crecimiento,una molécula ligando solo contiene dos sitios de unión para que pueda unirse simultáneamente a dos moléculasreceptoras. [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]Diméricos ligandoPDGF y vasculares celulares derivadas del factor de crecimiento endotelial-son ejemplos de ligandos dimérica (ver fig. 5-2 ). [ Debido a que cada subunidad de ligando puede obligar a una molécula receptora, simultánea unión de dos moléculas8 ] [ 9 ] [ 13 ]del receptor de las unidades dimerización del receptor. La ayuda directa para este tipo de mecanismo es proporcionada por laestructura cristalina de la célula vascular derivado del factor de crecimiento endotelial, unido a su receptor (FLT-1). [ 13 ]Dos sitios de unión del receptor a un ligando monoméricas Aunque este mecanismo es importante para muchos tirosina quinasas del receptor, fue mostrado por primera vez con rigorpara el receptor de GH, que no es miembro de la quinasa del receptor de la tirosina de la familia (ver fig. 5.2 ). [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]Como se ilustra en la estructura cristalina de GH unido a su receptor, una molécula de ligando puede unir dos moléculas dereceptor. De hecho, hay dos sitios de unión al receptor, pero distintos en cada molécula de GH, lo que permite el ligando parapromover la dimerización del receptor. Esta observación tiene una implicación importante para la farmacología. Con laderogación de uno de los dos sitios de unión del receptor, es posible diseñar ligandos mutantes que carecen de la capacidadpara promover la dimerización del receptor y por lo tanto carecen de la capacidad para desencadenar la acción hormonal. Sinembargo, al unirse a los receptores, el ligando mutante adquiere la capacidad de inhibir la acción de la hormona endógena.Tales moléculas GH mutantes han sido desarrollados como agentes terapéuticos, por ejemplo, en condiciones tales comoacromegalia.Preexistentes Dímeros del receptor El receptor de insulina representa una paradoja. El receptor de la insulina existe como un dímero, incluso en ausencia deligando. (En realidad, es una α 2 β 2 heterotetrámero, que es un dímero de monómeros αβ.) Si el receptor ya está dimerizada,por qué no se activa? Aunque los detalles moleculares aún no se han dilucidado, parece probable que las dos mitades delreceptor de insulina no se orientan de forma óptima para permitir la activación del receptor en ausencia de ligando. Tal vez,la insulina desencadena un cambio obligatorio de conformación que de alguna manera imita los efectos de la dimerizacióntirosina quinasas en otros receptores. En cualquier caso, varios estudios han demostrado que la dimerización de losreceptores es necesaria para la capacidad de la insulina para activar su receptor. Por ejemplo, los monómeros αβ conservan lacapacidad de obligar a la insulina, pero no se activan en respuesta a la insulina vinculante. [ 14 ] [ 15 ] Por otra parte, la evidenciasugiere que una sola molécula de insulina se une simultáneamente a ambas subunidades α del receptor de la insulina [ 16 ] [ 17 ],la capacidad de unirse simultáneamente a las dos mitades del receptor dimérico parece ser fundamental para la capacidad dela insulina para activar su receptor.La activación del receptor: Los cambios conformacionales en el dominio kinasa Cuando se une el ligando al dominio extracelular, estimula la actividad tirosina quinasa del dominio intracelular. Aunque elmecanismo detallado de la señalización transmembrana no se conocen, los progresos se han realizado considerables en laelucidación de los mecanismos moleculares de la activación del receptor. Investigaciones de la estructura de tres dimensionesdel receptor de insulina tirosina quinasa de dominio ayudan a explicar por qué el receptor se mantiene en un estado de bajaactividad en ausencia de insulina ( la fig. 3.5 ). [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] En la forma inactiva de la quinasa del receptor de la insulina,Tyr1162 se encuentra en una posición para que la proteína bloques de sustratos de unión al sitio activo. Además, en el estadoinactivo de la tirosina quinasa de dominio, el sitio activo asume una conformación que no se acomoda a la adenosina trifosfatode magnesio (ATP). Así, la tirosina quinasa está inactivo debido a que el sitio activo no puede obligar a cualquiera de sussustratos. ¿Cómo activar el receptor de la insulina? La insulina vinculante provoca la autofosforilación de los tres residuos detirosina (Tyr1158, Tyr1162 y Tyr1163) en el bucle de activación "." Cuando los tres residuos de tirosina en el bucle deactivación se fosforilan, un cambio conformacional importante ocurre. Como resultado del movimiento del bucle deactivación, el sitio activo adquiere la capacidad de atar la ATP y sustratos de la proteína. Así, el cambio conformacionalinducido por autofosforilación activa el receptor de fosforilar otros substratos. [ 21 ] [ 22 ]
  • 23. Figura 5-3 La fosforilación de residuos de tirosina en el bucle de activación conduce a la activación de la tirosinaquinasa del receptor de insulina. Un mecanismo hipotético ligando estimulada por la activación de la tirosinaquinasa del receptor de insulina se ilustra. El modelo se basa en la estructura de tres dimensiones de la quinasa delreceptor de insulina aislados tirosina según lo determinado por cristalografía de rayos-x. [ 19 ] [ 20 ] [ 23 ] En lapoblación inactiva del receptor de insulina quinasa (izquierda), bloques Tyr1162 el sitio activo para que lossustratos no pueden unirse. En contraste, cuando los residuos de tirosina en el bucle de activación (incluyendoTyr1162) se fosforilan (derecha), se mueve Tyr1162 fuera del camino, y hay un cambio conformacional quepermite la unión del trifosfato de adenosina (ATP) y la proteína sustrato para que la quinasa reacción puedeproceder. No está claro cómo este proceso se inicia. Debido a que el estado inactivo de la tirosina quinasa no puede unirse al ATP,parece poco probable que la fosforilación de los ingresos Tyr1162 por un mecanismo de auto fosforilación verdad. Por elcontrario, es probable que Tyr1162 en un β subunidad es transphosphorylated por la subunidad β segundo en la α 2 β 2molécula heterotetrámero. [ 2 ] [ 23 ] Sin embargo, este mecanismo propuesto plantea un círculo vicioso "problema. Se requiere queal menos una de las subunidades β se activa antes de los residuos de Tyr en el bucle de activación se fosforilan. Tal vez elbucle de activación es algo móvil para que algunas moléculas de la tirosina cinasa fosforilada puede asumir una conformaciónactiva e iniciar una reacción en cadena de transfosforilación y la activación del receptor.La tirosina quinasas del receptor fosforilar otras proteínas intracelularesactivado, la tirosina quinasas vez son capaces de fosforilar otras proteínas sustratos. Varios factores determinan quéproteínas son fosforiladas bajo condiciones fisiológicas dentro de la célula.Contexto de secuencia de aminoácidos de los residuos Tyr La tirosina quinasas que no presentan esta especificidad estricta con respecto a la secuencia de aminoácidos del sitio defosforilación. Sin embargo, la fosforilación de la tirosina sitios más se encuentran en la vecindad de los residuos deaminoácidos ácidos (es decir, Glu o Asp). [ 2 ]La unión a la tirosina cinasa Algunas proteínas sustratos se unen directamente al dominio intracelular del receptor. La interacción vinculante trae elsustrato en las proximidades de la cinasa, promoviendo así la fosforilación del sustrato. Por ejemplo, el sustrato del receptorde insulina (IRS) las proteínas se caracterizan por una alta conservación fosfotirosina vinculantes (PTB) de dominio que seune a un motivo conservado (Asn-Pro-Xaa-pTyr) en el dominio yuxtamembrana del receptor de insulina. [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] La unióndel dominio PTB al receptor de insulina requiere la fosforilación del residuo Tyr-en el Pro-Xaa-pTyr motivo Asn. Estoproporciona otro mecanismo (además de la activación de los receptores con actividad tirosina quinasa intrínseca) por los queautofosforilación del receptor aumenta la fosforilación de las proteínas IRS. Del mismo modo, para algunos sustratoscontienen tirosina quinasas Src homología 2 (SH2) dominios altamente conservados dominios que se unen fosfotirosinaresiduos (véase el significado funcional de la fosforilación en tirosinas). Por ejemplo, el receptor del PDGF activa contiene unresiduo de fosfotirosina cerca de su extremo C-terminal que se une el dominio SH2 de Cγ fosfolipasa. Esto permite al receptordel PDGF de fosforilar y activar la fosfolipasa Cγ. [ 2 ] [ 27 ]La localización subcelular Debido a la tirosina quinasas del receptor se encuentran en la membrana plasmática, que están muy cerca de otras proteínasde la membrana plasmática. Esta colocalización tiene el potencial de promover la fosforilación-profesional. Por ejemplo, elreceptor de la insulina se ha informado de fosforilar pp120/hepatocyte antígeno-4 (HA4). [ 28 ] [ 29 ] Al igual que el receptor dela insulina, es una glicoproteína pp120/HA4 integrales de membrana asociada a la membrana plasmática de los hepatocitos.Del mismo modo, el receptor de FGF sustrato-2 (FRS2), un sustrato del receptor del factor de crecimiento derivado defibroblastos, se dirige a la membrana plasmática de una terminal de myristoylation sitio-N. [ 30 ]Importancia funcional de fosforilación de la tirosina Hay al menos dos mecanismos distintos según el cual regula la función fosforilación de la tirosina de la proteína. En primerlugar, la fosforilación de la tirosina puede inducir un cambio conformacional en la proteína, alterando así su función. Porejemplo, como se señaló anteriormente, la fosforilación de los tres residuos de tirosina en el bucle de activación del receptorde la insulina cambios la conformación del sitio activo, lo que facilita unión de sustratos y la activación de la tirosina quinasa
  • 24. del receptor. [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] Sin embargo, la mayoría de los efectos de la fosforilación de la tirosina en función de la proteínaestán mediadas indirectamente mediante el control de las interacciones proteína-proteína. Con el fin de comprender cómo laproteína tirosina fosforilación regula las interacciones de proteínas, es útil revisar la bioquímica de la c-src, el prototipo de unnonreceptor tirosina quinasa. Cuando la secuencia de aminoácidos de c-src se analiza, se desprende que existen tres dominiosaltamente conservados en la molécula: el catalizador de dominio quinasa y dos dominios no catalítico que se conocen comodominios de homología src 2 y 3 (SH2 y SH3, respectivamente).Dominios SH2 dominios SH2 consisten en secuencias conservadas (aproximadamente 100 residuos de aminoácidos) que están presentes enmuchas proteínas que funcionan en las vías de señalización. Desde el punto de vista funcional, los dominios SH2 comparten lacapacidad de obligar a los residuos pTyr. Sin embargo, el individuo dominios SH2 varían con respecto a su especificidad deunión. La afinidad de unión de un SH2 está determinada por los tres residuos de aminoácidos aguas abajo de los residuospTyr. Por ejemplo, los dominios SH2 de fosfatidilinositol (PI) 3-quinasa presentan una preferencia por pTyr-(MET / Xaa)-Xaa-Met, mientras que el dominio SH2 de receptor del factor de crecimiento de la proteína vinculante 2 (Grb-2) prefiere unirsepTyr -Xaa-Asn-Xaa. Por lo tanto, un dominio SH2 dado se une a una proteína tirosina fosforilada si y sólo si el residuo pTyr seencuentra en un contexto que corresponde a la especificidad de unión del dominio SH2.Dominios SH3 dominios SH3 consisten en secuencias conservadas (aproximadamente 50 residuos de aminoácidos) que se unen asecuencias ricas en prolina. Al igual que los dominios SH2, SH3 dominios se encuentran en muchas proteínas que funcionanen las vías de señalización.Aguas abajo vías de señalización tirosina quinasas del receptor median la acción de una gran variedad de ligandos en una amplia variedad de tipos celulares.La desconcertante complejidad de las vías de señalización aguas abajo corresponde a la enorme cantidad de procesosfisiológicos que están regulados por receptores tirosina quinasas. A pesar de que está más allá del alcance de este capítulopara intentar una revisión enciclopédica de todas las vías de señalización aguas abajo, se han seleccionado ejemplos parailustrar los principios generales. Como se señaló anteriormente, el receptor de la insulina activada fosforila múltiples sustratos, incluyendo el IRS-1, IRS-2, IRS-3, y el IRS-4. [ 31 ] Cada uno de estos sustratos contiene múltiples sitios de fosforilación de la tirosina, muchos de los cualescorresponden a las secuencias consenso para dominios SH2 en importantes moléculas de señalización. Así, las proteínas IRSservir de acoplamiento proteínas que se unen SH2 de dominio que contienen proteínas. Entre ellos, dos de los másimportantes son PI 3-quinasa y GRB-2. La unión de los dominios SH2 desencadena múltiples vías de señalización aguas abajo.Fosfatidilinositol 3-cinasa La subunidad catalítica de la PI 3-quinasa (p110; masa molecular de aproximadamente 110.000) se une a una subunidadreguladora. Las isoformas clásicas de la subunidad reguladora (p85; masa molecular de aproximadamente 85.000) contienedos dominios SH2, los cuales se unen a pTyr en el contexto de pTyr-(MET /)-Xaa-Logramos motivos Xaa. La unión de pTyrresiduos para ambos dominios SH2 de p85 conduce a la activación máxima de PI-kinasa catalítica actividad 3. (Activaciónsubmáximo se puede lograr con la ocupación de un dominio SH2 único en p85.) Debido a las cuatro moléculas de IRS (IRS-1,IRS-2, IRS-3, y el IRS-4) contienen múltiples sitios de fosforilación de tirosina que se ajustan a la Tyr - (Met /-Xaa-Logramos unconsenso secuencia) Xaa, estimulada por la insulina promueve la fosforilación de unión de las proteínas IRS a los dominiosSH2 de la subunidad reguladora PI 3-quinasa, lo que aumenta la actividad enzimática de la subunidad catalítica. [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] [ 35] La activación de PI 3-quinasa desencadena la activación de una cascada de quinasas corriente abajo, empezando por lasquinasas dependientes de fosfoinosítidos-1 y 2. Estas quinasas dependientes de fosfoinosítidos-fosforilan y activan proteínasquinasas corriente abajo múltiples incluyendo la proteína quinasa B y isoformas atípicas de la proteína cinasa C. [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ] [39 ] [ 40 ] [ 41 ] [ 42 ] Un gran cuerpo de evidencia que demuestra que las vías de aguas abajo de PI 3-quinasa mediar en las actividades metabólicasde la insulina (por ejemplo, la activación del transporte de glucosa en el músculo esquelético, la activación de la síntesis deglucógeno y la inhibición de la transcripción del gen de la fosfoenolpiruvato carboxiquinasa). Entre otras líneas de evidencia,PI-kinasa inhibidores de la 3 (por ejemplo, LY294002 y wortmanina) bloquean las acciones metabólicas de la insulina. [ 43 ] Delmismo modo, la sobreexpresión de mutantes dominantes negativos de la regulación subunidad p85 de la PI 3-kinasa tambiéninhibe las acciones metabólicas de la insulina. [ 36 ] Aunque en general se convino en que la activación de PI 3-quinasa esnecesaria, es motivo de controversia si es suficiente para desencadenar las acciones metabólicas de la insulina. Por ejemplo,una vía paralela de segunda también puede ser necesaria. La última vía implica la fosforilación de la tirosina de Cbl, otraproteína que puede ser fosforilada por el receptor de la insulina en algunos tipos de células. [ 44 ] [ 45 ] [ 46 ]Grb-2 y la activación de Ras
  • 25. Grb-2 es una molécula adaptadora que contiene un breve [dominio SH2 47 ] capaz de unirse a pTyr residuos en varias moléculasde señalización, por ejemplo, el IRS-1 y Shc, otro PTB de dominio que contienen proteína que es fosforilada por el receptor dela tirosina quinasas varias incluido el receptor de la insulina. [ 48 ] [ 49 ] El dominio SH2 de GRB-2 está flanqueada por dosdominios SH3, [ 47 ] que se unen a la prolina que contienen secuencias de MSO (el homólogo de Drosophila de mamíferos hijode sevenless). [ 50 ] MSO es capaz de activar Ras, una pequeña proteína G que juega un papel importante en las vías deseñalización intracelular. MSO activa Ras al catalizar el intercambio de GTP para el PIB en el nucleótido guanina sitio de uniónde Ras. Esto, a su vez, desencadena la activación de una cascada de serina / treonina proteína-quinasas específicas como Raf,activada por mitógenos proteína extracelular / señal regulada quinasa (MEK), y la proteína mitógeno-activada (MAP) de lacinasa. Estas aguas abajo de las vías Ras contribuir a la capacidad de las quinasas de tirosina para promover el crecimientocelular y regulan la expresión de varios genes. Nos hemos centrado en las vías de señalización aguas abajo del receptor de la insulina debido a la importancia de la insulina yel IGF-I en endocrinología ( fig. 5.4 ). En muchos aspectos, los mecanismos moleculares parecidas a las que aguas abajo de latirosina quinasa del receptor de otros. Sin embargo, la señalización de la insulina vía es atípica por lo menos en un aspecto. Elreceptor de la insulina de acoplamiento fosforila proteínas (por ejemplo, el IRS-1), que se unen el dominio SH2 que contienenproteínas (por ejemplo, PI 3-quinasa y GRB-2). Por el contrario, los dominios intracelulares de tirosina quinasas del receptorde la mayoría contienen sitios de unión para los dominios SH2. Por ejemplo, el dominio SH2 de GRB-2 se une a pTyr716 en elperfil activado receptor del PDGF. [ 2 ] Del mismo modo, el receptor del PDGF contiene dos Tyr-(Met / Xaa)-Xaa-Logramosmotivos en el dominio kinasa inserción que se unen al dos dominios SH2 de la subunidad p85 de la PI 3-quinasa. [ 2 ] [ 51 ] Noestá claro por qué algunas quinasas de tirosina (por ejemplo, el receptor PDGF) activar PI 3-quinasa, mediante una interaccióndirecta vinculantes, mientras que otros (por ejemplo, el receptor de insulina) utilizar un mecanismo indirecto, que suponeproteínas de acoplamiento. Sin embargo, a diferencia de los receptores PDGF, que se asocian con la membrana plasmática, lasproteínas IRS parecen estar asociadas con el citoesqueleto. [ 52 ] Tal vez la localización subcelular diferencial que contribuye ala señalización especificidad. En otras palabras, si la insulina y los receptores PDGF activar la translocación de PI 3-quinasa adiferentes ubicaciones dentro de la célula, esta compartimentación puede permitir que dos receptores diferentes paraprovocar respuestas biológicas diferentes, aunque ambas respuestas son mediadas por la molécula de señalización mismo (esdecir, PI 3-quinasa). Figura 5.4 Modelo simplificado de las vías de señalización aguas abajo del receptor de la insulina. La insulina se uneal receptor de insulina, activando el receptor de la tirosina quinasa que fosforila residuos de tirosina en el receptorde la insulina sustratos (IRSG) incluyendo el IRS-1 e IRS-2. [ 31 ] En consecuencia, los residuos de fosfotirosina en IRSse unen a moléculas Src homología 2 (SH2) dominios en moléculas como el factor de la proteína de unión al receptorde crecimiento 2 (GRB-2) y la subunidad p85 de reglamentación del fosfatidilinositol (PI) 3-quinasa. Estos dominioscontienen proteínas-SH2 en marcha dos ramas distintas de la vía de señalización. La activación de PI 3-quinasaconduce a la activación de las quinasas dependientes de fosfoinosítidos-(PDKs) 1 y 2, que activa la proteína quinasamúltiples incluyendo Akt / proteína quinasa B, atípico proteína quinasa C (PKC) isoformas, y el suero / proteínaquinasa activada-glucocorticoides (SGK). [ 53 ] Grb-2 interactúa con m-SOS, un factor de intercambio de nucleótidosde guanina que activa Ras. [ 54 ] La activación de Ras desencadena una cascada de proteínas quinasas que conduce a laactivación de la proteína activada por mitógenos (MAP) cinasa .Off Señales: La terminación de la acción hormonal Así como hay vías bioquímicas complejas que median la acción hormonal, también hay mecanismos para poner fin a larespuesta biológica. La necesidad de estos mecanismos se ilustra con el siguiente ejemplo. Después de comer una comida,aumenta la concentración de glucosa en plasma. Esto provoca un aumento en la secreción de insulina, que a su vez conduce auna disminución en los niveles de glucosa en plasma. Si estos procesos se encendió sin control, el nivel de glucosa en elplasma finalmente caería tan bajo que daría lugar a la hipoglucemia sintomática. ¿Cómo se termina acción de la insulina? Lasrespuestas a esta pregunta no están aún del todo clara, pero varios mecanismos contribuyen a apagar la señalización de lainsulina vía.Endocitosis mediada por receptor La insulina unión a su receptor desencadena la endocitosis del receptor. Aunque la mayoría de los receptores internalizadosson reciclados hacia la membrana plasmática, algunos receptores son transportadas a los lisosomas, donde son degradados. [55 ] [ 56 ] Como resultado, la unión de insulina acelera la velocidad de degradación del receptor, con lo que establecen laregulación del número- de los receptores en la superficie celular. Por otra parte, endosomas contienen las bombas deprotones, que acidifican la luz, el pH ácido en el endosoma promueve la disociación de la insulina en su receptor. En últimainstancia, la insulina es transportada a los lisosomas para su degradación. De hecho, la endocitosis mediada por receptor es el
  • 26. principal mecanismo mediante el cual la insulina se elimina del plasma. [ 57 ] La unión de ligandos a receptores tirosinaquinasas otros también desencadena la endocitosis mediada por receptor por mecanismos similares.Proteína tirosina fosfatasas La fosforilación de proteínas es un proceso dinámico. La tirosina cinasas catalizan la fosforilación de residuos tirosina, perotambién hay tirosina fosfatasas (PTPases) para eliminar los fosfatos. [ 2 ] Por lo tanto, PTPases antagonizan la acción de lasquinasas de tirosina. Los estudios con ratones knock-out han demostrado que la ausencia de PTPasa-1B se asocia consensibilidad a la insulina y también protege contra el aumento de peso. [ 58 ] [ 59 ] Sin embargo, el genoma humano codifica un grannúmero de PTPases, y es un objetivo importante de la investigación para dilucidar sus funciones fisiológicas. Si se pudieradesarrollar inhibidores selectivos de la PTPases que se oponen a los efectos de la insulina tirosina quinasa del receptor, esposible que estos inhibidores proporcionaría nuevas terapias para la diabetes.Serina / treonina La mayoría de tirosina quinasas del receptor, incluido el receptor de la insulina, son sustratos para la fosforilación de Ser /proteína específica-Thr quinasas. Curiosamente, el Ser / fosforilación de Thr parece inhibir la acción de la tirosina quinasa.Del mismo modo, otros fosfotirosina proteínas que contienen están sujetos a las influencias inhibidoras de la Ser / resistenciafosforilación de Thr. Por ejemplo, se ha informado de que Ser / Thr de la fosforilación del IRS-1 puede inhibir la acción de lainsulina, lo que causa resistencia a la insulina. [ 60 ] [ 61 ] [ 62 ] [ 63 ] [ 64 ]Mecanismos de la enfermedad Las formas más sencillas de la enfermedad endocrina son causados por una deficiencia o un exceso de una hormona. Sinembargo, la resistencia a la hormona síndromes consecuencia de defectos en las vías de señalización pueden pasar porestados de deficiencia hormonal. Del mismo modo, las enfermedades asociadas a los receptores activados constitutivamentepueden simular estados de exceso hormonal. En algunos casos, la anomalía en la acción hormonal es de origen genético,resultado de una mutación en un gen que codifica una de las proteínas en la vía de señalización. síndromes similares tambiénpueden ser causados por otros mecanismos, por ejemplo, existen síndromes autoinmune causada por autoanticuerposdirigidos contra la superficie de los receptores de las células. Estos síndromes clínicos ilustrar el principio que lacomprensión de las vías bioquímicas de la acción hormonal puede proporcionar importantes conocimientos sobre lafisiopatología de las enfermedades humanas.Defectos genéticos en la función del receptor Al menos dos grandes tipos distintos de defectos genéticos pueden causar resistencia a la hormona. [ 65 ] En primer lugar, lasmutaciones pueden llevar a una disminución en el número de receptores. Por ejemplo, en el caso del receptor de la insulina,se han identificado mutaciones que disminuyen el número de receptores por al menos tres mecanismos: (1) del receptor de labiosíntesis de perjudicar, (2) la inhibición del transporte de receptores a su ubicación normal en la membrana plasmática, y(3) la aceleración de la tasa de degradación del receptor. En segundo lugar, las mutaciones pueden afectar las actividadesintrínseca del receptor. En el caso del receptor de insulina, las mutaciones se han reportado que disminuyen la afinidad de lainsulina vinculante o inhibir la actividad tirosina quinasa del receptor. dimerización del receptor se sabe que juega un papel central en los mecanismos por los ligandos activan los receptores de lasuperficie celular varios. Este papel se ha demostrado de manera concluyente en el caso del receptor de GH (un miembro dela familia de receptores de citoquinas), pero también se ha postulado para tirosina quinasas del receptor. Los síndromes deneoplasia endocrina múltiple tipo 2A y 2B y carcinoma medular de tiroides familiar son causados por mutaciones en el genque codifica la tirosina quinasa RET (una subunidad del receptor de factor de crecimiento derivado de células gliales). [ 66 ] Porlo general, la cisteína residuos en el dominio extracelular de Ret participar en la formación de enlaces disulfurointramoleculares. La mutación de uno de los residuos de cisteína deja un residuo de cisteína desapareados que promueve ladimerización de las moléculas de Ret, activando la tirosina quinasa del receptor Ret ( fig. 5.5 ). La activación de la tirosinaquinasa RET través de esta mutación germinal convierte en un oncogen Ret.Figura 5-5 Las mutaciones que conducen a la activación constitutiva de Ret. "Tipo salvaje" Ret ha disulfuro deenlaces intramoleculares formada por dos residuos de cisteína en la molécula mismo receptor (izquierda). Cuandouno de los dos residuos de cisteína está mutado, el residuo de cisteína desapareado está disponible para formar unpuente disulfuro intermoleculares con un residuo de cisteína en otra molécula receptora. Esto conduce a ladimerización del receptor (a la derecha), que a su vez conduce a la activación constitutiva del receptor de la tirosinaquinasa. [ 66 ] [ 67 ] [ 68 ] Este tipo de mutación se ha identificado en pacientes con neoplasia endocrina múltiple tipo 2.
  • 27. Autoanticuerpos dirigidos contra los receptores de la superficie celular autoanticuerpos antirreceptor inhibitoria se identificó por primera vez en la miastenia gravis. [ 69 ] En esta enfermedadneurológica, anticuerpos contra el receptor nicotínico de acetilcolina poner en peligro la transmisión neuromuscular, alparecer por la aceleración de la degradación del receptor. Posteriormente, los anticuerpos al receptor de insulina se demostróque bloquear la acción de insulina en el síndrome de resistencia a la insulina tipo extremo B. [ 70 ] La resistencia de insulina escausada por al menos dos mecanismos: (1) los anticuerpos antirreceptor inhiben la insulina unión al receptor [ 71 ] y (2) losanticuerpos acelerar la degradación del receptor. [ 72 ] "La enfermedad de Graves siempre que el primer ejemplo de autoanticuerpos antirreceptor estimulantes. [ 73 ] En "Laenfermedad de Graves, existen autoanticuerpos dirigidos contra la hormona estimulante del tiroides (TSH). Estos anticuerposantirreceptor activar el receptor de TSH, estimulando así el crecimiento de la glándula tiroides, así como la hipersecreción dehormona tiroidea. Este experimento "de la naturaleza" demuestra que el receptor puede ser activado por otros ligandos queel ligando fisiológico y que el espectro normal de las acciones biológicas pueden ser provocados por este ligando fisiológico(es decir, el anticuerpo antirreceptor). Del mismo modo, los anticuerpos del receptor de la insulina se ha demostrado paraactivar el receptor de la insulina imitando acción de la insulina. Aunque es más común que un paciente con autoanticuerposdel receptor de insulina-anti presentar con resistencia a la insulina, los pacientes con autoanticuerpos del receptor deinsulina-anti También se ha informado a experimentar hipoglucemia en ayunas. [ 74 ] [ 75 ]Serina quinasas del receptor serina quinasas del receptor [ 76 ] tienen varias características en común con el receptor de tirosina quinasas. Por ejemplo, losdos tipos de receptores poseen (1) terminal extracelular dominios-N, que se unen ligando, (2) un dominio transmembranaindividual, y (3) terminal intracelular dominios-C, que poseen la proteína quinasa. Sin embargo, las dos clases de receptoresdifieren con respecto a la especificidad enzimática. Considerando que la tirosina quinasas del receptor fosforilan residuos detirosina, serina quinasas del receptor fosforilan residuos de serina y treonina en sus sustratos proteicos. Hay dos tipos dequinasas serina del receptor: tipo I y tipo II. El genoma humano contiene 12 genes que codifican los receptores quinasas deserina y siete tipo I y cinco receptores tipo II, cada uno de los cuales es de aproximadamente 500 aminoácidos de longitud.La activación del receptor: Papel de los receptores Dimerización serina quinasas del receptor median las acciones biológicas ( fig. 5-6 ), de una, grande sola familia de ligandos: el factor decrecimiento transformante (TGF)-β familia de ligandos, que se caracterizan por la presencia de seis residuos de cisteínaconservados. [ 76 ] El genoma humano contiene 42 genes que codifican las citocinas en el TGF-β de la familia, que se dividen endos clases: (1) la activina / β-TGF familia y (2) la sustancia inhibidora de Müller (MIS) / proteína ósea morfogenética (BMP )de la familia. Activina y la inhibina conexos, así como MIS, son de interés particular en el campo de la endocrinologíareproductiva (ver capítulos 8 y 16 ).Figura 5-6 Mecanismo de acción de quinasas serina del receptor. La unión del ligando a la subunidad dimérica RIIdesencadenantes de montaje del receptor en el [heterotetramérica (RI) 2 (RII) 2 Estado]. RII transphosphorylatesRI, con lo que la activación de la fosforilación de la R-Smad (ligado a SARA en endosomas). El R-Smad asociadosphosphorylated con un Co-Smad. Finalmente, el R-Smad se transloca al núcleo, donde se une al ADN, lo que lepermite regular la transcripción de genes. El I-Smad también puede unirse al receptor se activa, promoviendo asíla ubiquitinación y degradación del receptor. Cuando los ligandos se unen a los receptores, esto promueve una interacción física entre el receptor de tipo I (RI) y el tipo dereceptor II (RII) (ver fig. 5.6 ). Como consecuencia de esta interacción física, el receptor RII activa el receptor RI mediante lafosforilación de uno o varios residuos de serina en el dominio GS (secuencia TTSGSGSG) del receptor de IR. [ 76 ] ¿Cómofunciona la activación del receptor de activación ligando? En el caso del SIG / BMP familia de las citoquinas, se une el ligandodel receptor a la aislada RI con alta afinidad y el receptor de baja afinidad con RII relativamente. Debido a que el ligando sepuede enlazar de forma simultánea a ambos RI y RII, esto proporciona una explicación para la capacidad de promover unainteracción física entre el RI con un IIR. El mecanismo es diferente en el caso de la activina / β-TGF de la familia de lascitocinas. Por ejemplo,-β se une TGF con gran afinidad a RII, pero no interactúa directamente con RI. Sin embargo, β-TGFvinculante parece inducir un cambio conformacional en RII, promoviendo así una interacción en la unión directa entre losdominios intracelulares de RII y RI. Además, las citocinas como el TGF-β existen como dímeros, que les permite unirsesimultáneamente a dos RII moléculas de manera que el complejo receptor activado probablemente existe como unaheterotetrámero: (RI) 2 (RII) 2.
  • 28. Existe un nivel adicional de complejidad que contribuye a la regulación de las quinasas serina del receptor. [ 76 ] La biologíarelacionados con la activina proporciona varios ejemplos. Follistatin es un ligando "trampa", una proteína soluble que se uneactivina, bloqueando el acceso a la RI y RII. La inhibina es un péptido que inhibe la señalización activina al unirse al receptorsin necesidad de activar la fosforilación de la RI. Betaglycan es una proteína de membrana anclada-, que funciona como uncorreceptor para la inhibina mediante la promoción de la inhibina unión al receptor de activina. Curiosamente, no se unebetaglycan activina.Serina quinasas del receptor de fosforilar otras proteínas intracelulares Una vez activado, serina quinasas del receptor son capaces de fosforilar otras proteínas sustratos. regula las proteínas Smad-receptor (R-Smad) funcionan como efectores de bajada inmediata de la serina quinasas del receptor (ver fig. 6.5 ). [ 76 ]proteínas Smad son los homólogos mamíferos de las proteínas codificadas por el drosophila Mad (Madres contradecapentaplegic ) de genes y la C. elegans Sma genes. Hay cinco R-Smad proteínas humanas. Smad2 y Smad3 median lasacciones de la activina / β-TGF de la familia de las citocinas; Smad1, Smad5 y Smad8 median las acciones de la MIS / BMPfamilia de las citocinas. El mecanismo de acción del TGF-β se ha estudiado en detalle [ 71 ] y proporciona un prototipo para el mecanismo de acción delas quinasas serina del receptor. [ 76 ] Cuando se convierte en RI fosforiladas en su dominio GS en respuesta al TGF-β, estaaumenta la afinidad de unión para las proteínas Smad-R como Smad2 (ver fig. 5.6 ). Esto, a su vez, conduce a la fosforilaciónde la serina dos residuos terminales-C en la secuencia SSXS en el extremo C-terminal de Smad2. Mediada por la fosforilacióndel receptor de la R-Smad, Smad2, tiene lugar cuando Smad 2 se une a la Smad ancla para la activación del receptor (SARA),que se encuentra en los endosomas tempranos. Cuando los dos terminales de los residuos de serina-C en Smad2 se fosforilan,Esto promueve la disociación de Smad2 de SARA y también promueve la unión de Smad2 a la co-mediador (Co-Smad), Smad4.Por lo tanto, la fosforilación de la R-Smad promueve la asamblea de los complejos Smad-heteroméricos de moléculas R con laCo-Smad.Smads también contienen sitios de fosforilación por otras quinasas, que proporciona una oportunidad para la regulación de ladiafonía de otros sistemas de señalización celular. Smad7 es un inhibidor Smad (I-Smad), que se une a los receptores activados en la competencia con R-Smads. La unión delreceptor de Smad7 promueve la ubiquitinación y la degradación mediada por ubiquitina ligasas E3 y ubiquitinación dereglamentación factores Smad (los Pitufos). Estos procesos representan un sistema de retroalimentación negativa, lo quecontribuye a la terminación del TGF-β de señalización (ver fig. 6.5 ).Las proteínas Smad regulan la expresión génica R-Algunos Smads contienen ricos señales de localización nuclear-lisina (KKLKK), que se unen a la importina, con lo que lamediación translocación hacia el núcleo. [ 76 ] Es posible que la unión directa a los componentes del complejo del poro nucleartambién contribuirán a este mecanismo mediante el cual Smads se translocan al núcleo. R-La mayoría de Smads (con laexcepción de Smad2) se unen al ADN en una secuencia específica de la moda. El elemento vinculante mínimo del Smad es unabase de par 4 (pb) secuencia: 5-AGAC-3 . Esta secuencia es bastante corto, y no se espera que proporcione un alto grado deespecificidad. Por lo tanto, parece probable que otros factores también contribuyen a la especificidad de la regulación génica.Los receptores de señal de que a través de Associated tirosina quinasasInformación general Los miembros de la familia de las citocinas de los receptores de tirosina quinasas del receptor se asemejan en su mecanismode acción, con una diferencia importante. En lugar de la tirosina quinasa intrínseca que al receptor, la actividad enzimáticareside en una proteína que se asocia con el receptor de citocina. Al igual que con tirosina quinasas del receptor, la unión delligando al receptor de citocinas activa la cinasa asociada. Los más de 25 ligandos conocidos que se unen a los miembros de lafamilia de receptores de citoquinas tienen diversas funciones. Tres de los ligandos son hormonas: (1) GH, que es vital para laaltura normal del cuerpo, (2) prolactina (PRL), que se requiere para la reproducción y la lactancia, y (3) la leptina, quesuprime el apetito y estimula el gasto energético. Otros ligandos de receptores de citoquinas, por ejemplo, la eritropoyetina, lamayoría de las interleucinas y los interferones α, β, y γ, regulan la hematopoyesis o la respuesta inmune. Un número deenfermedades genéticas se pueden remontar a defectos en los receptores de citoquinas. Por ejemplo, el enanismo de Laron escausada por mutaciones autosómicas recesivas del receptor de GH [ 77 ] y autosómica recesiva mutaciones del receptor de laleptina puede causar la obesidad mórbida. [ 78 ]Receptores de citoquinas se componen de múltiples subunidades Los miembros de la familia de receptores de citoquinas comparten homología tanto en el citoplasma y dominiosextracelulares. Algunos receptores de citoquinas, incluyendo los receptores de GH, PRL, y la leptina, se cree que se compondráde los dímeros de una subunidad del receptor único ( fig. 7.5 ). Un ligando se cree que se unen a ambas subunidades delreceptor como se señaló anteriormente para el receptor de GH. Sin embargo, la mayoría de los receptores de citoquinas se
  • 29. componen de dos o más subunidades diferentes, con nada menos que seis subunidades que constituyen un solo receptor. [ 79 ] [80 ] Algunos de estos receptores se cree que los dímeros se unen ligando. Uno o más de estas subunidades de los receptores escompartido por los receptores de otras citoquinas. Este fenómeno de "matching" de los receptores subunidades y la mezcla esuna forma eficiente de la celda para afinar sus respuestas celulares y aumentar el número de ligandos un grupo desubunidades del receptor puede unirse. Por ejemplo, un receptor integrado de gp130 y la leucemia del receptor del factorinhibidor subunidad β se une el factor inhibidor de la leucemia, una citoquina pleiotrópicos con funciones múltiples queparece servir como interfaz entre la moleculares y los sistemas endocrinos neuroinmunes. [ 81 ] Las subunidades del receptormismo, cuando combinado con un factor ciliar neurotrófico subunidad del receptor, muestran una preferencia por el factorneurotrófico ciliar, un factor trófico para las neuronas motoras en el ganglio ciliar y la médula espinal y un supresor de apetitopotente. [ 82 ] Combina dos subunidades gp130 con interleucina-6 (IL -6) subunidad del receptor y el receptor de nuevomuestra una preferencia por la IL-6, un inductor de la respuesta de fase aguda, con más propiedades antiinflamatorias. [ 83 ] Figura 5-7 receptores de citoquinas se componen de múltiples subunidades y se unen a uno o más miembros de laquinasa Janus (JAK) de la familia de las cinasas de la tirosina. Una, la hormona del crecimiento (GH), como laprolactina y la leptina, se une al receptor de homodímeros y activa JAK2 . B, el Interferón-γ (IFN-γ) homodímerosse unen a su unión γR1 subunidades-ligando. Las subunidades γR2 son entonces contratados, lo que lleva a laactivación de JAK1, que se une a la subunidad γR1 y JAK2, que se une a la subunidad γR2. Ambas subunidades yambos son necesarios para JAK respuestas al IFN-γ. C, interleucina-2 (IL-2) se une a los receptores compuesto portres subunidades: una subunidad γc para compartir con los receptores de IL 4, 7, 9 y 15; un IL 2Rβ subunidad-compartido con el receptor de IL-15, y una subunidad del receptor de noncytokine, IL-2Rα subunidad. IL-2 activatanto JAK3, unidos a la subunidad γc y JAK1, obligado a IL2-Rβ. extracelular regiones de homología se indicanmediante las líneas de negro y patrones. intracelular regiones de homología se indican mediante las líneas enblanco. subunidades idénticas se identifican con colores idénticos.Receptores de citoquinas Activar los miembros de la familia Jano de la tirosina quinasas Los miembros de la familia de las citocinas de los receptores no se presentan actividad enzimática. Más bien, se unen a losmiembros de la familia de Jano de tirosina quinasas (JAK) a través de una región rica en prolina (ver fig. 7.5 ). Hay cuatro JAKconocido, designado JAK1, JAK2, JAK3 y Tyk2. Al igual que los propios receptores de citoquinas, la mezcla de JAK y partido enque algunos receptores muestran una fuerte preferencia por una sola JAK, algunos requieren dos JAK diferentes, y otrosparecen activar varios miembros de la familia JAK. Por ejemplo, GH, PRL, y la leptina preferentemente activar JAK2. Elinterferón-γ activa JAK1 y JAK2, e IL-2 activa y JAK1 JAK3. [ 79 ] [ 84 ] La unión del ligando a un receptor de citocinas activa el JAK miembro de la familia o los miembros apropiados. En algunoscasos (por ejemplo, PRL), el JAK parecen ser constitutivamente asociada con el receptor de citoquinas y ligando incrementa launión de su actividad. [ 85 ] En otros casos (por ejemplo, el receptor de GH), ligando los aumentos obligatorios tanto la afinidadde JAK para el receptor de citoquinas y la actividad de la JAK asociadas. [ 86 ] La activación de JAK requiere oligomerización delreceptor, probablemente para llevar a dos o más JAK en proximidad suficiente como para transphosphorylate entre sí en laactivación de la tirosina quinasa en el dominio, como se describió anteriormente en el capítulo para la tirosina quinasas delreceptor. Tanto la dimerización del receptor y ligando inducidos por cambios en la conformación de los receptores parecenser necesarios para la activación del receptor. [ 87 ] transfosforilación se cree que causa un cambio conformacional que exponeel ATP o el sitio de unión del sustrato, o ambas cosas. Una vez que el JAK son activadas, se fosforilan ellos y sus asociadossubunidades de los receptores de tirosinas múltiples. JAK parecen ser vitales para la función humana normal. Las mutacionesen el gen JAK3 se han relacionado con una forma autosómica recesiva de la enfermedad de inmunodeficiencia combinadasevera. [ 88 ] la interrupción selectiva del gen JAK2 en los ratones es embrionaria letal. [ 89 ]Vías de señalización del receptor Iniciado por JAK Complejos de citoquinas tirosinas fosforilados dentro de las subunidades de receptores de citoquinas y de sus asociados JAK sitios de unión paraformar diferentes proteínas de señalización que contienen dominios de unión a fosfotirosina, tales como dominios SH2 y PTB.Cada receptor-JAK complejo de citoquinas se espera que tenga algunos con motivos-tirosina compartía con muchos complejosde receptores de citoquinas JAK-otros (por ejemplo, dentro de tirosinas JAK) y algunas específicas de la tirosina-ligando conmotivos (por ejemplo, tirosinas en una combinación específica de subunidades del receptor). Así, la unión del ligando a losreceptores de citoquinas se espera que iniciar algunas vías de señalización que son compartidos por muchas citocinas y otrosque son más especializados a un receptor de citoquinas en particular. Las proteínas de señalización que se sabe reclutó asubconjuntos de citocina JAK complejos de los receptores son generalmente los mismos que los reclutados para tirosinaquinasas del receptor. Los ejemplos incluyen las proteínas IRS, las proteínas adaptadoras y Shc Grb 2-que conducen a laactivación de la MAP quinasa-Ras, Cγ fosfolipasa, y PI 3-quinasa. Sin embargo, existe una familia de proteínas de señalizaciónque parece ser particularmente importante para la función de los transductores de señales de las citoquinas y activadores de
  • 30. la transcripción (STAT) ( fig. 5-8 ). proteínas STAT son la transcripción citoplasmáticos factores latentes. obligar a STAT, através de sus dominios SH2, a uno o más fosforilada en tirosinas activado complejos JAK-receptor. Una vez unidos, ellosmismos son tirosilo fosforilada, presumiblemente por los asociados JAK-receptor. STAT luego disociarse de la vía JAKcomplejos-receptor, o homodimerize heterodimerizan con proteínas STAT otros, se mueven hacia el núcleo, y se unen aelementos como el activado por la secuencia de rayos gamma en los promotores de genes de respuesta a las citocinas. [ 90 ] Larespuesta depende de la transcripción cuántos sitios de unión de STAT existen en el complejo receptor-JAK, con cuál de lossiete conocidos STAT STAT heterodimerizes un particular, sobre lo que uno se une a otras proteínas STAT particular, el gradode fosforilación de la serina o treonina del STAT, y qué otros factores de transcripción también se activan. Por ejemplo, laleucemia factor inhibitorio, cuyo receptor contiene siete motivos vinculante STAT3 (YXXQ, donde Y = tirosina, X = cualquieraminoácido, la glutamina y = Q) es un potente activador de STATSTAT3 particular. [ 91 ] La actividad transcripcional de STAT5es reforzada por su formación de un complejo con el de glucocorticoides, mineralocorticoides y los receptores deprogesterona, pero se ve disminuida por la formación de un complejo con el receptor de estrógeno. [ 92 ] La importancia de laseñalización STAT5b de GH es ilustrada por la afirmación de que la falta de crecimiento grave se asocia a mutacionespuntuales en el gen STAT5b que dan lugar a un dominio SH2 defectuoso o una, truncado forma inestable de STAT5b. [ 93 ] [ 94 ] Figura 5-8 Las citocinas activan transductores de señales y activadores de la transcripción (STAT). proteínas STATson la transcripción citoplasmáticos factores latentes. obligar a STAT, a través de homología Src 2 (SH2) dominios, auna o varias tirosinas fosforiladas en los complejos activados JAK-receptor. Una vez unidos, ellos mismos son tirosilofosforilada, presumiblemente por los asociados JAK-receptor. STAT luego disociarse de la vía JAK complejos-receptor, o homodimerize heterodimerizan con proteínas STAT otros, se mueven hacia el núcleo, y se unen aelementos como el activado por la secuencia de rayos gamma (GLE) en los promotores de genes de respuesta a lascitocinas. (Adaptado de la figura de J. Herrington, con permiso.)La regulación precisa de los receptores de citoquinas es necesario para el funcionamiento normal La unión del ligando de receptores de citoquinas normalmente se activa rápidamente y de forma transitoria JAK. Por elcontrario, activada constitutivamente JAK y STAT están asociados con la transformación celular. Por ejemplo, la activación deun único punto de mutación adquirida en JAK 2 está presente en la mayoría de los pacientes con un trastornomieloproliferativo. [ 95 ] activa constitutivamente JAK y STAT también son una característica común de las leucemias, [ 96 ] yJAK2 y ambos han sido STAT5b identificados como integrantes de la fusión de translocaciones en leucemias. JAK2 La proteínade fusión-Tel es constitutivamente activa, dando lugar a proteínas STAT constitutivamente activo. Por lo tanto, unacomprensión de lo que se apaga la señalización de receptores de citoquinas es de suma importancia en la comprensión de laseñalización normal a través de receptores de citoquinas. Al igual que con la tirosina quinasa del receptor, varias medidas se ha considerado que sirven como puntos de señal determinación de la señalización de citoquinas. Estos incluyen la degradación del receptor (por ejemplo, a través de unubiquination / vía proteosoma) y defosforilación de tirosinas en JAK o receptor (por ejemplo, una tirosina fosfatasa que se unea los complejos de JAK-receptor). Los supresores de citoquinas y de señalización (SOCSs) se cree que son importantes actoresen particular en la rescisión o la supresión de las vías de señalización de citoquinas. Proteínas SOCS son un excelente ejemplode una curva de retroalimentación negativa eficaz. Generalmente son sintetizadas en respuesta a las citocinas. Las nuevasproteínas sintetizadas SOCS a su vez se unen, a través de sus dominios SH2, a tirosinas fosforiladas en el complejo receptor-JAK citoquinas e inhibir aún más citoquinas señalización. En algunos casos (es decir, SOCS1), proteínas SOCS se cree que seunen a phosphotyrosines en el dominio quinasa de JAK e inhiben la actividad de la cinasa. [ 97 ] En otros casos (es decir,SOCS3), SOCS proteínas se unen a las tirosinas fosforiladas en el receptor y inhiben la actividad de JAK. [ 98 ] Por último, enalgunos casos (por ejemplo, citoquinas-inducible de la proteína SH2 [CIS]), se unen las proteínas SOCS a tirosinas fosforiladasen el receptor y STAT bloque de unión y activación. [ 99 ] proteínas SOCS también puede ser sintetizado en respuesta anoncytokine receptores, lo que sugiere un mecanismo por el cual la exposición previa a un ligando suprime las respuestasposteriores a otro. Por ejemplo, las proteínas SOCS han sido implicados en la conocida capacidad y de endotoxina para causarresistencia a la GH. [ 100 ]Resumen Las hormonas, factores de crecimiento y citocinas que se unen a los miembros de la familia de las citocinas de los receptoresde tirosina quinasas JAK activar familia. Las quinasas activadas a su vez fosforilan tirosinas en sí mismos y receptoresasociados. Tirosinas fosforiladas El formulario de sitios de unión para otras proteínas de señalización, incluyendo lasproteínas STAT y una variedad de otras proteínas de unión-fosfotirosina. proteínas STAT promover la regulación de los genessensibles a citocinas, incluyendo las proteínas SOCS que sirven a una función de retroalimentación negativa de poner fin a laactivación de JAK ligando o las estadísticas, o ambas cosas.
  • 31. Aunque esto le da al cuadro general, hay que reconocer que el panorama se está volviendo mucho más complejo cada día. Porejemplo, hay informes de que miembros de la familia Src de tirosina quinasas también se puede activar por algunosreceptores de citoquinas (por ejemplo, el receptor de PRL), [ 101 ] que algunas proteínas de unión-JAK (por ejemplo, SH2-B) sonactivadores potentes de la JAK2, [ 102 ] y otras proteínas que contribuyen a la baja regulación de las vías de señalización porcitocinas, incluyendo inhibidores de la proteína del STAT activado (PIAS) que se unen a proteínas específicas y STAT regulannegativamente su actividad. [ 103 ] receptores de citoquinas, JAK, STAT, y / o proteínas SOCS También se ha demostrado queinteractuar con o ser componentes de la señalización aguas abajo de la tirosina quinasa del receptor de algunos (por ejemplo,los receptores para la insulina, IGF-I, factor de crecimiento epidérmico), así como varias G receptores acoplados a proteínas (por ejemplo, los receptores de la angiotensina II, la serotonina, α-trombina, la hormona luteinizante). En contraste con supapel esencial en la señalización por receptores de citoquinas, JAK no parecen ser el principal mediador de señalización ya seacon la tirosina quinasa del receptor o del G-receptores acoplados a proteínas.G receptores acoplados a proteínasInformación general G receptores acoplados a proteínas (GPCR) son una superfamilia de genes conservados evolutivamente con miembros entodos los eucariotas en levaduras y mamíferos. Ellos transducir una amplia variedad de señales extracelulares como losfotones de la luz, olores químicos; cationes bivalentes, de las monoaminas, aminoácidos y nucleósidos neurotransmisores;lípidos y proteínas y hormonas peptídicas. [ 104 ] Todos los miembros de la superfamilia de GPCR un rasgo estructural común ,siete hélices que atraviesan la membrana, pero subfamilias distintas, difieren en secuencia de aminoácidos primaria y en losdominios que sirven de unión del ligando, el acoplamiento a proteínas G, y la interacción con otras proteínas efectoras ( fig. 9.5). Figura 5-9 El acoplados a proteínas G del receptor (GPCR): la diversidad en la unión del ligando y la estructura.Cada grupo representa a varios miembros de la superfamilia de GPCR en forma de dibujos animados. Los sieteque atraviesan la membrana hélices α se muestran como los cilindros con el amino terminal extracelular y tresasas extracelulares arriba y el extremo carboxilo intracelular y tres bucles intracelulares a continuación. Lasuperfamilia se puede dividir en tres subfamilias sobre la base de ácido amino conservación de la secuenciadentro de las hélices transmembrana. Familia 1 incluye (A) el opsinas, en el que la luz (flecha dentada) hace quela isomerización de la retina covalente en el bolsillo creado por las hélices transmembrana (bar); (B) receptoresde las monoaminas, en el que los agonistas (flecha) se unen no covalente en el bolsillo creado por las hélicestransmembrana (bar); (C) los receptores de péptidos, como la vasopresina, en el cual vinculante agonista (flecha)puede implicar partes del amino terminal extracelular y bucles, así como las hélices transmembrana (bar), y (D )hormona glicoproteína receptores, en la que los agonistas (oval) se unen a la gran extremo amino terminalextracelular, activando el receptor a través de interacciones como indefinido pero con los bucles extracelulares ohélices transmembrana (flecha). Familia 2 incluye los receptores de hormonas peptídicas como la hormonaparatiroidea (PTH) y la secretina. Agonistas (flecha) se puede enlazar a los residuos en el amino terminalextracelular y bucles, así como las hélices transmembrana (bar). Familia 3 se incluye la de Ca 2 + extracelularreceptor sensible y metabotrópicos receptores de glutamato. Los agonistas (esfera) se unen en una hendidura dela atrapamoscas-como Venus en el dominio amino terminal extracelular grandes, activando el receptor a travésde interacciones como indefinido pero con los bucles extracelulares o hélices transmembrana (flecha). Todo acto de intercambio de guanina GPCRs factores de nucleótidos. En su activa (agonista enlazado a) la conformación, quecatalizan el intercambio de PIB fuertemente unido a la subunidad α de las proteínas G heterotriméricas por GTP ( fig. 5-10 ).Esto a su vez conduce a la activación de la subunidad α y su disociación de la proteína G βγ dímero. Ambas subunidades deproteínas G son capaces de regular la actividad efectora. [ 105 ] identificado proteínas reguladas efectores-G son: las enzimasdel metabolismo del segundo mensajero, como la adenilato ciclasa y la fosfolipasa C-β y una variedad de canales iónicos.Agonista vinculante para GPCRs tanto altera segundo mensajero intracelular y las concentraciones de iones, con losconsiguientes efectos rápidos en la secreción de hormonas, la contracción muscular, y una variedad de otras funcionesfisiológicas. Los cambios a largo plazo en la expresión génica son también vistos como un resultado de mensajeros-estimuló lafosforilación de factores de transcripción segundos. Figura 5-10 La proteína G guanosina trifosfatasa (GTPasa) y acoplados a proteínas G del receptor (GPCR)-resensibilización ciclo de desensibilización. En cada panel, la región punteada denota la membrana plasmática conextracelulares e intracelulares arriba abajo. En el estado basal, la proteína G es un heterodímero con difosfato de
  • 32. guanosina (PIB) fuertemente unido a la subunidad α. La GPCR activados por agonista cataliza la liberación del PIB,lo que permite la guanosina trifosfato (GTP) de obligar. Las subunidades de proteínas G son codificadas por tresgenes distintos. La subunidad α se une nucleótidos de guanina con gran afinidad y especificidad y ha guanosinatrifosfatasa intrínseca (GTPasa) actividad. El β γ y polipéptidos están estrechamente asociados, pero no covalenteen una subunidad dímero funcional. Las dimensiones de las estructuras de tres subunidades y asociadosindividuales han sido determinadas. [ 105 ] [ 106 ] Existe una considerable diversidad en subunidades de la proteína G,con múltiples genes codifican las tres subunidades y empalme de genes se traduce en productos alternativospolipéptido adicional. Hay por lo menos 16 distintas subunidad α genes en los mamíferos. Estos varían en el rangode expresión. Algunos, como el G-α, que muchas parejas GPCRs a la estimulación de la adenilato ciclasa, son muyabundantes, mientras que otros, como el GTL-α, que a las parejas la rodopsina GPCR de guanosina cíclicamonofosfato-phos phodiesterase en la retina fotorreceptores bastones, están muy localizados . Debido a múltiples distintos GPCRs, proteínas G y efectores se expresan en cualquier célula dada, el grado y la basede la especificidad en el acoplamiento de la proteína G para GPCRs y efectores son los principales temas deinvestigación con implicaciones para la acción de los fármacos y los mecanismos de la enfermedad. [ 106 ] Puesto eltrabajo pionero de Rodbell [ 107 ] en el descubrimiento de las proteínas G y que muestran que la transducción deseñales mediadas por G-proteína consta de tres componentes separables (receptores, proteínas G y efectores), hasurgido una complejidad adicional. Una nueva gran familia de genes llamada RGS (para los reguladores de la proteína G de señalización) ha sidoidentificado. RGS proteínas se unen a un estado de transición de la proteína G α-subunidad activa GTP y acelerar suactividad GTPasa, contribuyendo así a la subunidad α desactivar. RGS dominios también se han encontrado en lasproteínas modulares con funciones adicionales, en ciertos casos la vinculación proteína G heterotrimérica deseñalización con la función de bajo peso molecular-proteínas de unión al GTP en la superfamilia Ras. [ 106 ] Lefkowitz[ 108 ] ha demostrado que una familia de quinasas de proteínas GPCR y arrestina está implicada en ladesensibilización GPCR tras la unión agonista. Además, ahora está claro que GPCRs interactuar directamente con unnúmero de otras proteínas, además de las proteínas G. No sólo son importantes los objetivos GPCR para eltratamiento de muchas enfermedades, sino también mutaciones en genes que codifican GPCRs se han identificadocomo la causa de una número de las enfermedades endocrinas, así como trastornos endocrinos.Acoplados a proteínas G. Estructura y función del receptorEstructura Hidropathia análisis de la secuencia principal de todos los GPCRs predice siete que atraviesan la membrana hélicesα conectadas por tres bucles intracelulares y tres asas extracelulares con un amino terminal extracelular y unterminal carboxilo intracelular (ver fig. 5-9 ). Esta estructura básica ha sido verificado por cristalografía de rayos Xde la rodopsina. [ 109 ] Aunque ya existía evidencia de que la transducción visual en la retina y la activación de lahormona de la adenilato ciclasa para compartir características comunes, el descubrimiento de que los receptores β-adrenérgico tiene el mismo estructura topográfica como la rodopsina fue una sorpresa. [ 108 ] La clonación de ladesoxirribonucleico ácidos complementario (ADNc) para un gran número de GPCRs seguido dilucidación de lasecuencia primaria del receptor β-adrenérgico, y en todos los casos la estructura del núcleo mismo se predijomediante el análisis hidroterapia. Además de la estructura del núcleo se predijo, ciertos rasgos comunes de otro tipo (salvo en ciertos subgrupos de lasuperfamilia de GPCR) se observaron [ 104 ]: (1) un puente disulfuro que conecta el segundo y el primer bucleextracelular, (2) uno o más N -sitios de glicosilación ligados, generalmente en el extremo amino terminal, pero devez en cuando en los bucles extracelulares; (3) palmitoilación de uno o más cisteínas en el extremo carboxilo,creando un bucle intracelular cuarto, (4) sitios potenciales de fosforilación en el extremo carboxilo y en ocasiones labucle intracelular tercero. Glicosilación parece ser importante para el correcto plegamiento y el tráfico a lamembrana plasmática y no por la unión del ligando. El puente disulfuro puede ayudar en el arreglo adecuado de lashélices transmembrana. Superpuesto a la estructura básica de GPCRs son una serie de variaciones relevantes a las diferencias en el ligando,G acoplamiento unión a proteínas y la interacción con otras proteínas. [ 104 ] En primer lugar, existen grandesdiferencias en la secuencia de aminoácidos entre los miembros de la superfamilia de GPCR. Secuencia la alineación,sobre todo de las hélices transmembrana, permite dividir la superfamilia en subfamilias (ver fig. 5-9 ). De ellos, lafamilia 1 es el más grande y se puede subdividir. El subgrupo más grande incluye opsinas; receptores odoríferos yde las monoaminas, purinérgicos, y los receptores de opiáceos. Estos se caracterizan por un extremo aminoterminal corto. El subconjunto incluye próxima quimioquinas, activado, y ciertas hormonas peptídicas receptoresde la proteasa se caracteriza por un amino terminal ya un poco. El subconjunto última cuenta con receptores paralas hormonas glicoproteína grande, TSH, la hormona luteinizante y hormona estimulante del folículo. Estos tienenun residuo de aproximadamente 400-amino terminal extracelular. Familia 2 muestra esencialmente ninguna homología de secuencia con la familia 1, incluso dentro de las hélicestransmembrana y se caracteriza por una aproximadamente de 100 residuos. Amino terminal de los miembros
  • 33. incluyen los receptores de una serie de hormonas peptídicas como la hormona paratiroidea (PTH), calcitonina, elpéptido intestinal vasoactivo, y hormona liberadora de corticotropina. Familia 3, además de una secuencia primaria única, tiene otras características únicas tales como un residuocarboxilo-terminal de 200 aproximadamente y una de aproximadamente 600 residuos amino terminal. Esta últimaconsiste en una supuesta "Venus atrapamoscas-como" dominio y un dominio rico en cisteína. Los miembrosincluyen a los receptores metabotrópicos de glutamato, una extracelular Ca 2 +-receptor sensible, y el gusto putativo yreceptores de feromonas. [ 110 ] La determinación de la estructura cristalina tridimensional y tres de una parte delamino terminal extracelular de uno de los receptores metabotrópicos de glutamato verifica la estructuraatrapamoscas Venus. [ 110 ]La unión del ligando Dada la diversidad de ligandos (> 1000) que se unen a GPCRs, no es sorprendente que una considerable diversidades evidente tanto en la secuencia y estructura del ligando GPCR vinculante dominios-presuntivo. El opsinas sonúnicos entre los GPCRs en que el ligando, la retina, forma enlaces covalentes con una lisina en la hélicetransmembrana séptimo. [ 109 ] La unión del ligando a otros miembros de la familia de uno con una breve extremoamino terminal extracelular, por ejemplo, y otros monoamino adrenérgicos receptores, probablemente implica unbolsillo dentro de la transmembrana de hélices como demuestran, por la rodopsina (ver fig. 9.5 ). Para la familia deotros GPCRs 1, el extremo amino terminal extracelular, tal vez junto con asas extracelulares y las porciones de lashélices transmembrana, participa en la unión del ligando. En el caso de los receptores de la hormona glicoproteína,el gran extremo amino terminal extracelular desempeña el papel principal en la unión de la hormona . En un modelode unión a la familia de péptidos 2 receptores, el extremo amino terminal extracelular es responsable de laconsolidación inicial al péptido carboxi-terminal del péptido seguido vinculante-terminal amino al dominiotransmembrana siete. [ 111 ] Para la familia de GPCRs 3, los tres estructura tridimensional del receptor tipo 1metabotrópicos de glutamato muestra que la unión se produce dentro de un agonista de la hendidura entre loslóbulos de la atrapamoscas Venus. [ 110 ]Acoplamiento proteína G Debido a que el número potencial de las proteínas G a la que par GPCRs es mucho más limitado que el número deligandos que se unen GPCR, la conservación de varios de los dominios implicados en el acoplamiento a proteínas Gque cabría esperar. Aunque GPCRs pueden dividirse en los que par a Gs, los que par a la subfamilia GQ, y los que a lapar-Go subfamilia Gi, la situación es probablemente más complicado. [ 106 ] La especificidad de acoplamiento a lamayoría de los recientemente identificados proteínas G, GL2 y G13, es todavía incierto. Además, algunos GPCRs,evidentemente, puede acoplar tanto a Gs y Gq. Un gran número de estudios han sido realizados para definir los sitios de unión del ligando y la proteína G deacoplamiento de GPCR. [ 106 ] [ 112 ] la evidencia apunta a la considerable tercer bucle intracelular (en particular, su-porciones proximal de membrana) y la membrana proximal- La parte de la terminal carboxilo como determinantesclave de la proteína G especificidad de acoplamiento. Por ejemplo, el intercambio sólo el tercer bucle intracelularentre GPCRs diferentes confiere la proteína G de acoplamiento especificidad del bucle en el intercambio de GPCRdestinatario. [ 113 ] En contraste, el bucle intracelular segundo, aunque importante para el acoplamiento de laproteína G, parece jugar un papel en el mecanismo de activación en lugar de en la determinación de la especificidadde acoplamiento. [ 113 ] Un motivo tripéptido (D / E, R, S / W) al inicio del segundo bucle intracelular que esaltamente conservado en la familia de un GPCR es fundamental para la proteína G activación. [ 112 ]Mecanismo de activación El mecanismo preciso de la activación después de la unión agonista queda por definir para la mayoría de GPCRs,pero los estudios de la rodopsina ofrecer la imagen más clara disponible. En el estado fundamental, la retinacovalentemente a la hélice transmembrana séptimo de la rodopsina tiene las hélices transmembrana en unaconformación inactiva. Isomerización de la retina de la absorción de la luz de la longitud de onda adecuada seconvierte en un antagonista del ligando un agonista. La estructura cristalina rodopsina identifica los residuos en lashélices transmembrana que interactúan con la retina y sugiere un mecanismo para el movimiento de las hélices enfotoactivación de la retina. [ 109 ] El movimiento de las hélices transmembrana a su vez conduce a cambios en laconformación de los bucles citoplasmáticos que promueven G activación de la proteína. Para la familia de receptores relacionados con una rodopsina, la determinación de su estructura de tresdimensiones valida la idea de que un cambio en la conformación de hélices transmembrana es el resultado directode agonista versus antagonista de la unión a los residuos dentro de las hélices. Otras mejoras en la comprensión delmecanismo de activación de GPCRs relacionados-opsina debería ser una dimensión adicional se determinan tresestructuras. Hasta entonces, modelado molecular por ordenador sobre la base de la estructura de la rodopsina y, acontinuación ofrecemos una prueba experimental de un enfoque útil. [ 114 ] Para otros GPCRs cuyo presunto sitio deunión agonista no implica contacto directo con las hélices transmembrana (familias 2 y 3 y el receptores dehormonas en la familia de la glicoproteína 1), queda mucho por aprender sobre cómo vinculante agonista al dominio
  • 34. extracelular de estos GPCRs conduce a cambios en la presunta conformación de hélices transmembrana y laactivación del receptor. Determinación de la estructura del dominio extracelular del receptor de FSH de laenvolvente a la FSH proporciona pistas importantes sobre el mecanismo general de la hormona de la glicoproteínavinculantes para sus GPCRs afines, y las interacciones resultante con el dominio transmembrana siete conduce a laactivación. [ 115 ] una hipótesis general de la activación de GPCR postula que GPCR están en equilibrio entre un estadoactivado y un estado inactivo. Estos estados, presumiblemente difieren en la disposición de las hélicestransmembrana y, a su vez, los dominios citoplasmáticos que determinan la proteína G de acoplamiento. Agonistas,de acuerdo con este modelo complejo ternario, son vistos como la estabilización del estado activado. Antagonistaspuede ser neutral, es decir, simplemente competir con agonistas de la unión al receptor, pero su unión no influye eneste equilibrio. Alternativamente, pueden ser "inversa" agonistas, es decir, su unión estabiliza el estado inactivo delreceptor. [ 116 ] Las mejoras del modelo de complejo ternario sobre la base de estudios cinéticos y biofísicos sugierenmayor complejidad. [ 117 ]Dimerización Los miembros de la familia del receptor de la tirosina quinasa desde hace tiempo se sabe que requierendimerización como parte de su mecanismo de activación. Ahora es evidente que muchas GPCRs también formahomodímeros y heterodímeros. [ 104 ] Residuos dentro de hélice transmembrana 06 de mayo fomentar ladimerización de la familia de una pequeña GPCRs, [ 118 ] y puentes disulfuro intermoleculares en el amino-terminaldel dominio extracelular están involucrados en homodimerization de la mayoría familiar de 3 GPCRs. [ 110 ] [ 119 ] [ 120 ]Una bobina de la interacción en espiral en el extremo carboxilo del ácido aminobutírico B-subtipos de receptores γes responsable de heterodimerización, y esto es crítico para la función del receptor apropiado. [ 121 ] Modificacionesdel ligando vinculante, de señalización, y el secuestro de los receptores se han demostrado en heterodimerización dela angiotensina con los receptores de la bradiquinina, de κ con δ receptores opioides, y de opioides con receptoresadrenérgicos β. [ 122 ] Se necesitan más estudios para dilucidar la relevancia fisiológica de homodimerization GPCR yheterodimerización.Acoplados a proteínas G. desensibilización de los receptores Los farmacólogos Hace mucho tiempo que la exposición continua a agonista conduce a una disminución de larespuesta, llamado desensibilización así. Este fenómeno ha sido estudiado ampliamente en GPCR. Dos formas sedefinen: heteróloga, en la cual unión del agonista a un GPCR conduce a una disminución de la respuesta de un GPCRdiferente a su agonista, y homólogos, en la que la desensibilización se produce sólo por la Revolución Cultural a laque está obligado agonista. Ambas formas de desensibilización involucran la fosforilación por kinasas GPCR, perodiferentes y en diferentes sitios. La estimulación de la formación de monofosfato de adenosina cíclico por la unión aun agonista de acoplamiento de GPCR Gs lleva a la activación de la proteína quinasa A, que a su vez puede fosforilary desensibilizar el GPCR. Dicha fosforilación también puede alterar G-acoplamiento especificidad de la proteína. [ 104] Del mismo modo, la activación de la proteína quinasa C derivado de acoplamiento GPCR a miembros de la familiaGq puede causar la proteína C quinasa cataliza la fosforilación de GPCR con la desensibilización. En los fotorreceptores de la retina, una quinasa específica rodopsina y una proteína llamada arrestina estabanimplicados en la atenuación de la respuesta de la luz. Así como se identificaron paralelos entre la rodopsina y laestructura de GPCR, por lo que fueron identificados en paralelo a este mecanismo de desensibilización. Rodopsinacinasa no es más que un miembro de una familia de quinasas y GPCR arrestina sólo uno de una familia de proteínasrelacionadas que funcionan en la pérdida de sensibilidad de muchos miembros de la superfamilia de GPCR. [ 108 ]GPCR quinasas fosforilan preferentemente la forma de la envolvente-agonista de un GPCR, garantizando así ladesensibilización homóloga. Tras la fosforilación GPCR por GPCR quinasa, arrestinas enlazar con el tercer bucleintracelular y la cola carboxilo-terminal de la Revolución Cultural, bloqueando la proteína G vinculantes (ver fig. 5-10 ). quinasas GPCR y arrestinas no sólo actúan para desensibilizar GPCRs pero también mediar otras funciones,incluyendo la internalización del receptor y la interacción con otros efectores (ver apartado siguiente).Acoplados a proteínas G. Las interacciones con otras proteínas del receptor El paradigma inicial de la función GPCR postulado que la activación de la proteína G es el único resultado de la unióna GPCRs agonista. Con la identificación de las interacciones de GPCR con quinasas GPCR y arrestinas, este conceptofue modificado para incluir estas proteínas implicadas en la desensibilización GPCR. Más tarde las pruebas, sinembargo, sugiere que la interacción de GPCR con arrestinas también permiten el reclutamiento de otras proteínas alos GPCR. Por ejemplo, la tirosina cinasa Src puede interactuar con los receptores β-adrenérgicos, con β-arrestinaque actúa como un adaptador. [ 123 ] Arrestinas puede también contratar a las proteínas implicadas en la endocitosis.quinasas GPCR también puede servir para contratar a más proteínas de señalización de la Revolución Cultural. [ 123 ] Otras clases de proteínas pueden interactuar con GPCRs específico sin contratación por kinasas GPCR y arrestinas.Estos incluyen SH2 de dominio que contienen proteínas, las pequeñas proteínas de unión al GTP, y PDZ (para postsynaptic densidad de las proteínas-95 / d grandes ISCS / z ona occluden-1) de dominio que contienen proteínas.Ejemplos de estos últimos son vinculantes del intercambiador Na + / H factor regulador + a la terminal carboxilo dela β-adrenérgicos. [ 123 ] El carboxilo terminal larga de la familia 3 GPCRs como los receptores metabotrópicos de
  • 35. glutamato contiene motivos poliprolina involucrados en vinculan a los miembros de la familia de Homero. Esteúltimo puede facilitar las interacciones funcionales con otras proteínas sin embargo, como el receptor inositoltrifosfato. [ 124 ] la actividad de modificación de las proteínas de los receptores (rampas), una nueva familia deproteínas transmembrana de dominio único-, parecen heterodimerizan con ciertas GPCRs, ayudándoles en elplegamiento adecuado y tráfico de membranas. [ 125 ] Es interesante, cuando la Revolución Cultural-asociados comoel receptor de calcitonina con RAMP1, forma un receptor del péptido relacionado con gen de la calcitonina, mientrasque cuando se asocia con RAMP2, se convierte en un receptor de adrenomedulina. Claramente, esta rápidaevolución aspecto de la función GPCR tiene muchos e interesantes los nuevos acontecimientos en la tienda.G receptores acoplados a proteínas en la patogénesis y tratamiento de enfermedades Debido a sus críticas y diversos roles en la fisiología normal, su accesibilidad en la superficie celular, y la capacidadde sintetizar los agonistas y antagonistas selectivos, GPCR desde hace mucho tiempo un objetivo importante para eldesarrollo de drogas. Una estimación es que alrededor del 65% de los medicamentos recetados son dirigida contraGPCRs. orientación GPCRs Las drogas actúan no sólo como agonistas o antagonistas, sino también comomoduladores alostéricos. llamada calciomiméticos drogas-tanto inhiben la liberación de hormona paratiroidea, porejemplo, al unirse al dominio transmembrana siete y actuar como moduladores alostéricos positivos del Ca 2 +-receptorsensible. [ 120 ] Con la clonación de cDNAs GPCR, una mayor diversidad tanto de subclases de los receptores se hizoevidente que se había previsto sobre la base de los estudios farmacológicos. Por ejemplo, cinco subtipos dereceptores muscarínicos y un mayor número par de GPCRs serotoninérgicos fueron identificados. [ 112 ] Esto hapermitido el desarrollo de muy específicos, selectivos drogas subtipo que tienen menos efectos secundarios que losproducidos por los agentes disponibles anteriormente. Otro resultado de la clonación de cDNAs GPCR por la investigación de homología y la reacción en cadena de lapolimerasa basada en enfoques es la identificación de los "huérfanos" GPCRs, es decir, los receptores con lacanónica, prevista de siete dominios transmembrana estructura de GPCRs pero sin conocimiento de sus fisiológicaagonista. Se han hecho esfuerzos considerables para identificar los ligandos pertinentes para tales receptoreshuérfanos. ciclo de Krebs intermedios, succinato y α-cetoglutarato, por ejemplo, se demostró que los activadoresfisiológicamente relevantes de GPCR huérfano GPR91 y GPR99, respectivamente, y por lo tanto para regular laliberación de renina y la presión arterial. [ 126 ] GPR40, otro receptor huérfano de forma selectiva expresado en lascélulas β, es activado por los ácidos grasos libres y pueden desempeñar un papel en la vinculación de la obesidad adiabetes tipo 2. [ 127 ] Además de revelar fisiológicos y mecanismos fisiopatológicos, GPCR "deorphanization"proporciona nuevos objetivos para el desarrollo de fármacos. Más allá del desarrollo de drogas, los defectos en GPCRs son una causa importante de una amplia variedad deenfermedades humanas. [ 128 ] GPCR mutaciones pueden causar pérdida de la función y afectar a cualquiera de variospasos en la Revolución Cultural-GTPasa ciclo normal (ver fig. 5-10 ) . Estos incluyen la falta de síntesis de proteínasGPCR en conjunto, el fracaso de GPCR sintetizado para llegar a la membrana plasmática, el fracaso de GPCR para ataro ser activados por agonista, y el fracaso de GPCR de pareja o activar la proteína G. Dado que en la mayoría de loscasos significativos de deterioro clínicamente transducción de señales requiere la pérdida de ambos alelos del genGPCR, la mayoría de estas enfermedades se heredan de forma autosómica recesiva ( tabla 5-1 ).TABLA 5-1 - Enfermedades causadas por la proteína G acoplada al receptor de función mutaciones depérdida Receptor Enfermedad Herencia vasopresina V2 La diabetes insípida nefrogénica Ligada al cromosoma X ACTH Familiar ACTH resistencia Autosómica recesiva GHRH Familiar deficiencia de GH Autosómica recesiva GnRH Hipogonadismo hipogonadotrópico Autosómica recesiva GPR54 Hipogonadismo hipogonadotrópico Autosómica recesiva FSH Hypergonadotropic disgenesia ovárica Autosómica recesiva LH pseudohermafroditismo masculino Autosómica recesiva TSH hipotiroidismo familiar Autosómica recesiva Ca 2 + de Hipocalciúrica familiar hipercalcemia, hiperparatiroidismo Autosómica dominante
  • 36. detección primario neonatal severa autosómica recesiva Melanocortina 4 Obesidad Autosómica recesiva PTH / PTHrP Blomstrand condrodisplasia Autosómica recesiva ACTH, hormona adrenocorticotropa, FSH, hormona estimulante del folículo, GH, hormona de crecimiento; GHRH,la hormona del crecimiento hormona liberadora; GnRH, hormona liberadora de gonadotropina, la LH, hormonaluteinizante, hormona paratiroidea, hormona paratiroidea; PTHrP, relacionado con la hormona paratiroideaproteínas; TSH, hormona estimulante de la tiroides. La mayoría de estas enfermedades se manifiestan como resistencia a la acción del agonista normal y por lo tantoimitan la deficiencia del agonista. Por ejemplo, TSH receptor de función mutaciones de pérdida causar una forma dehipotiroidismo imitar la deficiencia de TSH, pero TSH sérica es realmente elevada en estos casos, lo que refleja laresistencia a la hormona de acción de los derivados de la función del receptor defectuoso. Curiosamente, elhipogonadismo hipogonadotrópico pueden ser causados por pérdida de la función de cualquiera de las mutacionesdel receptor de GnRH o de los GPCR huérfano GPR54. En el primer caso, existe una resistencia a la acción de GnRH.Esto último puede deberse a la falta de liberación de GnRH, pero el mecanismo exacto no se ha definido. [ 129 ] ladiabetes insípida nefrogénica (resistencia a la vasopresina renal) es causado por mutaciones de pérdida de funciónen el gen receptor de vasopresina V2 se encuentra en la X cromosoma. Por lo tanto, los hombres con una sola copiadel gen de la experiencia de la enfermedad cuando se heredan un gen mutante, mientras que la mayoría de lashembras no muestran enfermedad manifiesta debido al azar inactivación X los deja con un promedio de 50% de lafunción del gen normal. La mayoría de las mutaciones del receptor de vasopresina V2 asociados con diabetesinsípida nefrogénica causar la pérdida de la función al afectar la síntesis normal o plegamiento del receptor, oambos. Un nuevo mecanismo para la pérdida de la función del receptor esclarecido en el receptor de la vasopresinaV2 una mutación sin sentido asociado con la diabetes insípida nefrogénica involucra arrestina desensibilizaciónmediada constitutiva. [ 130 ] El extracelular 2 +-receptor sensible al calcio parece ser una interesante excepción a la asociación entre los GPCR defunción mutaciones de pérdida y resistencia a la hormona. De función mutaciones de pérdida de la Ca 2 +-receptorsensible al simular un estado de hipersecreción hormonal, hiperparatiroidismo primario. De hecho, Ca 2 +-receptorsensible de función mutaciones de pérdida de hormonas hacen resistencia a la causa, pero en este caso extracelularCa 2 + es el agonista hormonal que actúa a través de este receptor para inhibir la secreción de PTH. Una de funciónmutación pérdida de una copia del gen del receptor suele causar resistencia leve a Ca 2 + extracelular se manifiestacomo la hipercalcemia hipocalciúrica familiar. Si dos copias defectuosas se heredan, Ca 2 + extrema resistencia a lacausa primaria de los resultados neonatales hiperparatiroidismo grave (ver Cuadro 5.1 ). En algunos casos, unreceptor de heterocigotos de función mutación pérdida puede estar asociada con hiperparatiroidismo primarioneonatal severa, quizás reflejando un efecto negativo dominante causado por dimerización del tipo y del mutantereceptores silvestres. [ 131 ] GPCR de función mutaciones de ganancia ( Tabla 2.5 ) son también una causa importante de enfermedad. [ 128 ] Dadoel carácter dominante de la activación de las mutaciones, la mayoría de estas enfermedades se heredan de formaautosómica dominante. Activación de las mutaciones del receptor de TSH se pueden heredar de forma autosómicadominante y difuso agrandamiento de la tiroides causa hipertiroidismo en nonautoimmune familiar, o puedenocurrir como mutaciones somáticas causando focal, los nódulos tiroideos esporádicos hiperfuncionales. [ 132 ] Delmismo modo, activar la línea germinal mutaciones del receptor de LH causa familiar varón pubertad precozindependiente debido a las células de Leydig, hiperfunción de LH, mientras que mutaciones somáticas de losreceptores de LH puede causar tumores focales de células de Leydig. [ 132 ]TABLA 5-2 - Enfermedades causadas por la proteína G acoplada al receptor de función mutaciones conganancia Receptor Enfermedad Herencia LH Familiar pubertad precoz masculina Autosómica dominante TSH Nódulos tiroideos esporádicos hiperfuncionales No heredado (somáticas)
  • 37. TSH Familiar nonautoimmune hipertiroidismo Autosómica dominante Ca 2 + de detección Hipocalcémica familiar hipercalciuria Autosómica dominante PTH / PTHrP condrodisplasia metafisaria de Jansen Autosómica dominante vasopresina V2 Nefrogénica inadecuado antidiuresis Autosómica dominanteLH, hormona luteinizante, hormona paratiroidea, hormona paratiroidea; PTHrP, relacionado con la hormonaparatiroidea proteínas;, hormona estimulante del tiroides TSH. A diferencia de función mutaciones de pérdida, que puede ser de cambio de sentido, así como del marco de lectura omutaciones sin sentido que truncar la proteína del receptor normal, la ganancia de función GPCR mutaciones soncasi siempre las mutaciones sin sentido. La ubicación y la naturaleza de forma natural, mutaciones causantes deenfermedad ofrecen pistas importantes sobre la estructura y la función GPCR. La base para la función del receptordefectuoso está claro que la síntesis con mutaciones del receptor truncado prematuramente. Más sutilesmutaciones de sentido erróneo puede dañar la función si suponen los residuos altamente conservados en las hélicestransmembrana crítica para el plegamiento normal de proteínas. Activación de las mutaciones de cambio de sentidoa menudo implican los residuos dentro o bordeando las hélices transmembrana y se piensa que interrumpir elnormal restricciones inhibitorias que mantener el receptor en su conformación inactiva. [ 133 mutaciones] perturbarestas limitaciones imitar los efectos de agonistas vinculante y desplazan el equilibrio hacia el estado activado de elreceptor. Un ejemplo notable es la activación, las mutaciones de cambio de sentido en el receptor de la vasopresinaV2 de la arginina 137, parte de la "seca" motivo en la frontera intracelular de hélice transmembrana 3 conserva en lamayoría de la familia un GPCR, que lleva al síndrome de nefrogénica antidiuresis inapropiado. [ 134 ] Clínicamente, las enfermedades causadas por mutaciones activadoras GPCR tanto imitan estados de exceso deagonista, pero la medición directa muestra que las concentraciones de agonistas son realmente bajos, reflejando losmecanismos normales de retroalimentación negativa. De nuevo, el 2 +-receptor sensible al calcio es una excepciónaparente, con la activación de las mutaciones que causan el hipoparatiroidismo funcional. Para la mayoría de GPCR,la función de las mutaciones asociadas--ganancia de la enfermedad de causa constitutiva, agonista-independiente, laactivación, pero con raras excepciones, el Ca 2 +-receptor sensible de función mutaciones con ganancia causar unaumento en la sensibilidad al Ca 2 + extracelular en lugar de Ca 2-independiente de la activación +. [ 131 ] De origen natural modelos animales de enfermedades humanas han revelado otros ejemplos de mutaciones GPCRetiológico. Por ejemplo, una de función en la mutación de pérdida de hipocretina (orexina) del gen receptor de tipo2 se identificó en la narcolepsia canina. [ 135 ] Decenas de ratón knockout de genes GPCR modelos han sido creados,muchos de ellos y algunos casos inesperados fenotipos interesantes revelador. Caracterización del fenotiporesultante de la interrupción de un gen del ratón GPCR puede predecir con exactitud el cuadro clínico resultante dela mutación en los seres humanos correspondientes, como a la interrupción del gen del receptor de 4-melanocortinaresultantes de la obesidad en ratones [ 136 ] y [humanos 137 ] y la alteración de la PTH / proteína del receptor relacionadocon el gen de PTH perjudica el crecimiento normal del hueso y el desarrollo en ratón [ 138 ] y en la enfermedad decondrodisplasia Blomstrand humanos. [ 139 ] modelos knockout más y más estudios detallados de estos modelos sepuede esperar que aumente sustancialmente nuestra comprensión de la función GPCR y abordar cuestiones como elpapel único de múltiples subtipos de GPCR subclases diferentes, por ejemplo, el subtipo de receptores adrenérgicos-β3. [ 140 ] La disponibilidad de modelos de ratón knockout de las enfermedades humanas deben facilitar también elensayo de nuevas terapias incluida la transferencia de genes. Por ejemplo, los aminoglucósidos, que se conocen parasuprimir la terminación prematura de codones, se demostró que los rescate de expresión y la función en ratones condiabetes insípida nefrogénica causada por una mutación sin sentido en el receptor de la vasopresina V2. [ 141 ] quecausan enfermedades pérdida de muchas de las mutaciones en la función GPCRs llevar a plegamiento de lasproteínas defectuosas y / o proteína de enrutamiento. Nuevos enfoques terapéuticos tales como el uso de la biologíamolecular "acompañantes" y la modulación de la "calidad del control celular" mecanismos han demostrado serprometedores en los estudios in vitro. [ 142 ] Detección de genes de GPCR para las mutaciones como causa potencial de otras enfermedades humanas puedencontinuar hasta su vez nuevos ejemplos, pero también es cada vez más evidente que las variaciones en la secuenciadel gen GPCR puede tener profundas consecuencias más allá de simplemente provocan resistencia a, o la activaciónindependiente de la agonista de la hormona afines. El síndrome de hiperestimulación ovárica familiar espontáneosque ocurren al comienzo del embarazo, por ejemplo, ha demostrado ser causadas por mutaciones sin sentido en eldominio hélice transmembrana del receptor de FSH. [ 143 ] [ 144 Este aumento de las mutaciones del receptor de] laactividad basal, y permitir una baja afinidad de unión hCG para el ectodominio para activar el receptor de FSH. Senecesitan estudios para determinar si la susceptibilidad variable a la hiperestimulación ovárica iatrogénicos que
  • 38. ocurren en el contexto de la fertilización in vitro puede ser debido a estas variaciones en la secuencia del receptor deFSH. [ 144 ] A medida que más se descubren los polimorfismos en el genoma humano, muchos ejemplos de las variaciones en lasecuencia del gen GPCR se encuentra ante el desafío será el de aclarar su significado funcional posible. Los estudiosin vitro pueden revelar diferencias funcionales, como las diferencias en el acoplamiento de la proteína G visto con unamino-ácido polimorfismo de las cuatro de la intracelular tercer bucle de la 2C-adrenérgicos α, [ 145 ], pero se necesitanmás estudios para determinar si estas diferencias son importantes en la variación individual en la respuesta adiferentes fármacos (farmacogenómica), u otras diferencias fisiológicas sutiles que pueden conferir susceptibilidada la enfermedad (enfermedad de los genes complejos). Dada la gran proporción del genoma humano dedicado a losgenes de GPCR, está claro que los estudios de esta superfamilia de genes que juegan un papel prominente en lasecuencia del genoma humano era post.