Comunicación celular (biología) - Cellular communication (biology)
La comunicación celular es un término general utilizado en biología y más en profundidad en biofísica , bioquímica y biosemiótica para identificar diferentes tipos de métodos de comunicación entre celulitis vivas. Algunos de los métodos incluyen la señalización celular, entre otros. Este proceso permite que millones de células se comuniquen y trabajen juntas para realizar importantes procesos corporales que son necesarios para la supervivencia. Tanto los organismos multicelulares como los unicelulares dependen en gran medida de la comunicación célula-célula.
Comunicación intercelular
La comunicación intercelular se refiere a la comunicación entre células. El tráfico de vesículas de membrana tiene un papel importante en las comunicaciones intercelulares en humanos y animales, por ejemplo, en la transmisión sináptica, secreción de hormonas a través de exocitosis vesicular. La señalización entre especies y entre reinos es el campo de investigación más reciente para las interacciones microbio-microbio y microbio-animal / planta para una variedad de propósitos en la interfaz huésped-patógeno . Los receptores de membrana funcionan uniéndose a la molécula de señal (ligando) y provocando la producción de una segunda señal (también conocida como segundo mensajero) que luego provoca una respuesta celular. Este tipo de receptores transmiten información desde el entorno extracelular al interior de la célula cambiando de forma o uniéndose con otra proteína una vez que un ligando específico se une a ella. Los ejemplos de receptores de membrana incluyen receptores acoplados a proteína G y tirosina quinasas receptoras.
Los receptores intracelulares se encuentran dentro de la célula, ya sea en el citopolasma o en el núcleo de la célula diana (la célula que recibe la señal). Los mensajeros químicos que son hidrófobos o muy pequeños (hormonas esteroides, por ejemplo) pueden atravesar la membrana plasmática sin ayuda y unirse a estos receptores intracelulares. Una vez unido y activado por la molécula de señal, el receptor activado puede iniciar una respuesta celular, como un cambio en la expresión génica.
Transducción
Dado que los sistemas de señalización deben responder a pequeñas concentraciones de señales químicas y actuar rápidamente, las células a menudo utilizan una vía de varios pasos que transmite la señal rápidamente, mientras amplifica la señal a numerosas moléculas en cada paso.
Los pasos en la ruta de transducción de señales a menudo implican la adición o eliminación de grupos fosfato, lo que da como resultado la activación de proteínas. Las enzimas que transfieren grupos fosfato del ATP a una proteína se denominan proteína quinasas. Muchas de las moléculas de relevo en una vía de transducción de señales son proteína quinasas y, a menudo, actúan sobre otras proteínas quinasas en la vía. A menudo, esto crea una cascada de fosforilación, donde una enzima fosforila a otra, que luego fosforila a otra proteína, provocando una reacción en cadena.
También es importante para la cascada de fosforilación un grupo de proteínas conocidas como proteínas fosfatasas. Las proteínas fosfatasas son enzimas que pueden eliminar rápidamente los grupos fosfato de las proteínas (desfosforilación) y así inactivar las proteínas quinasas. Las proteínas fosfatasas son el "interruptor de apagado" en la vía de transducción de señales. Desactivar la vía de transducción de señales cuando la señal ya no está presente es importante para garantizar que la respuesta celular se regule de forma adecuada. La desfosforilación también hace que las proteínas quinasas estén disponibles para su reutilización y permite que la célula responda nuevamente cuando se recibe otra señal.
Las quinasas no son las únicas herramientas que utilizan las células en la transducción de señales. Las moléculas pequeñas, no proteicas, solubles en agua o iones llamados segundos mensajeros (el ligando que se une al receptor es el primer mensajero) también pueden transmitir señales recibidas por receptores en la superficie celular a moléculas diana en el citoplasma o el núcleo. Los ejemplos de segundos mensajeros incluyen AMP cíclico (cAMP) e iones de calcio.
Los receptores de membrana funcionan uniéndose a la molécula de señal (ligando) y provocando la producción de una segunda señal (también conocida como segundo mensajero) que luego provoca una respuesta celular. Este tipo de receptores transmiten información desde el entorno extracelular al interior de la célula cambiando de forma o uniéndose con otra proteína una vez que un ligando específico se une a ella. Los ejemplos de receptores de membrana incluyen receptores acoplados a proteína G y tirosina quinasas receptoras.
Los receptores intracelulares se encuentran dentro de la célula, ya sea en el citopolasma o en el núcleo de la célula diana (la célula que recibe la señal). Los mensajeros químicos que son hidrófobos o muy pequeños (hormonas esteroides, por ejemplo) pueden atravesar la membrana plasmática sin ayuda y unirse a estos receptores intracelulares. Una vez unido y activado por la molécula de señal, el receptor activado puede iniciar una respuesta celular, como un cambio en la expresión génica.
Transducción
Dado que los sistemas de señalización deben responder a pequeñas concentraciones de señales químicas y actuar rápidamente, las células a menudo utilizan una vía de varios pasos que transmite la señal rápidamente, mientras amplifica la señal a numerosas moléculas en cada paso.
Los pasos en la ruta de transducción de señales a menudo implican la adición o eliminación de grupos fosfato, lo que da como resultado la activación de proteínas. Las enzimas que transfieren grupos fosfato del ATP a una proteína se denominan proteína quinasas. Muchas de las moléculas de relevo en una vía de transducción de señales son proteína quinasas y, a menudo, actúan sobre otras proteínas quinasas en la vía. A menudo, esto crea una cascada de fosforilación, donde una enzima fosforila a otra, que luego fosforila a otra proteína, provocando una reacción en cadena.
También es importante para la cascada de fosforilación un grupo de proteínas conocidas como proteínas fosfatasas. Las proteínas fosfatasas son enzimas que pueden eliminar rápidamente los grupos fosfato de las proteínas (desfosforilación) y así inactivar las proteínas quinasas. Las proteínas fosfatasas son el "interruptor de apagado" en la vía de transducción de señales. Desactivar la vía de transducción de señales cuando la señal ya no está presente es importante para garantizar que la respuesta celular se regule de forma adecuada. La desfosforilación también hace que las proteínas quinasas estén disponibles para su reutilización y permite que la célula responda nuevamente cuando se recibe otra señal.
Las quinasas no son las únicas herramientas utilizadas por las células en la transducción de señales. Las moléculas pequeñas, no proteicas, solubles en agua o iones llamados segundos mensajeros (el ligando que se une al receptor es el primer mensajero) también pueden transmitir señales recibidas por receptores en la superficie celular a moléculas diana en el citoplasma o el núcleo. Los ejemplos de segundos mensajeros incluyen AMP cíclico (cAMP) e iones de calcio.
Los receptores de membrana funcionan uniéndose a la molécula de señal (ligando) y provocando la producción de una segunda señal (también conocida como segundo mensajero) que luego provoca una respuesta celular. Este tipo de receptores transmiten información desde el entorno extracelular al interior de la célula cambiando de forma o uniéndose con otra proteína una vez que un ligando específico se une a ella. Los ejemplos de receptores de membrana incluyen receptores acoplados a proteína G y tirosina quinasas receptoras.
Los receptores intracelulares se encuentran dentro de la célula, ya sea en el citopolasma o en el núcleo de la célula diana (la célula que recibe la señal). Los mensajeros químicos que son hidrófobos o muy pequeños (hormonas esteroides, por ejemplo) pueden atravesar la membrana plasmática sin ayuda y unirse a estos receptores intracelulares. Una vez unido y activado por la molécula de señal, el receptor activado puede iniciar una respuesta celular, como un cambio en la expresión génica.
Transducción
Dado que los sistemas de señalización deben responder a pequeñas concentraciones de señales químicas y actuar rápidamente, las células a menudo utilizan una vía de varios pasos que transmite la señal rápidamente, mientras amplifica la señal a numerosas moléculas en cada paso.
Los pasos en la ruta de transducción de señales a menudo implican la adición o eliminación de grupos fosfato, lo que da como resultado la activación de proteínas. Las enzimas que transfieren grupos fosfato del ATP a una proteína se denominan proteína quinasas. Muchas de las moléculas de relevo en una vía de transducción de señales son proteína quinasas y, a menudo, actúan sobre otras proteínas quinasas en la vía. A menudo, esto crea una cascada de fosforilación, donde una enzima fosforila a otra, que luego fosforila a otra proteína, provocando una reacción en cadena.
También es importante para la cascada de fosforilación un grupo de proteínas conocidas como proteínas fosfatasas. Las proteínas fosfatasas son enzimas que pueden eliminar rápidamente los grupos fosfato de las proteínas (desfosforilación) y así inactivar las proteínas quinasas. Las proteínas fosfatasas son el "interruptor de apagado" en la vía de transducción de señales. Desactivar la vía de transducción de señales cuando la señal ya no está presente es importante para garantizar que la respuesta celular se regule de forma adecuada. La desfosforilación también hace que las proteínas quinasas estén disponibles para su reutilización y permite que la célula responda nuevamente cuando se recibe otra señal.
Las quinasas no son las únicas herramientas utilizadas por las células en la transducción de señales. Las moléculas pequeñas, no proteicas, solubles en agua o iones llamados segundos mensajeros (el ligando que se une al receptor es el primer mensajero) también pueden transmitir señales recibidas por receptores en la superficie celular a moléculas diana en el citoplasma o el núcleo. Los ejemplos de segundos mensajeros incluyen AMP cíclico (cAMP) e iones de calcio.
Respuestaslide_49
La señalización celular conduce finalmente a la regulación de una o más actividades celulares. La regulación de la expresión génica (activar o desactivar la transcripción de genes específicos) es un resultado común de la señalización celular. Una vía de señalización también puede regular la actividad de una proteína, por ejemplo abriendo o cerrando un canal iónico en la membrana plasmática o promoviendo un cambio en el metabolismo celular como catalizando la degradación del glucógeno. Las vías de señalización también pueden conducir a eventos celulares importantes como la división celular o la apoptosis (muerte celular programada). Respuestaslide_49
La señalización celular conduce finalmente a la regulación de una o más actividades celulares. La regulación de la expresión génica (activar o desactivar la transcripción de genes específicos) es un resultado común de la señalización celular. Una vía de señalización también puede regular la actividad de una proteína, por ejemplo abriendo o cerrando un canal iónico en la membrana plasmática o promoviendo un cambio en el metabolismo celular como catalizando la degradación del glucógeno. Las vías de señalización también pueden conducir a eventos celulares importantes como la división celular o la apoptosis (muerte celular programada). Respuesta
La señalización celular conduce finalmente a la regulación de una o más actividades celulares. La regulación de la expresión génica (activar o desactivar la transcripción de genes específicos) es un resultado común de la señalización celular. Una vía de señalización también puede regular la actividad de una proteína, por ejemplo abriendo o cerrando un canal iónico en la membrana plasmática o promoviendo un cambio en el metabolismo celular como catalizando la degradación del glucógeno. Las vías de señalización también pueden conducir a eventos celulares importantes como la división celular o la apoptosis (muerte celular programada).
Tres etapas de la comunicación celular.
Recepción
La recepción se produce cuando la célula diana (cualquier célula con una proteína receptora específica de la molécula señal ) detecta una señal, generalmente en forma de una molécula pequeña soluble en agua, mediante la unión a una proteína receptora. La recepción es la detección de una señal por parte de la célula diana mediante la unión de una molécula de señalización o ligando . Las proteínas receptoras atraviesan la membrana plasmática de la célula y proporcionan sitios específicos para que se unan las moléculas de señalización solubles en agua. Estos receptores transmembrana son capaces de transmitir información desde el exterior de la célula hacia el interior porque cambian de conformación cuando un ligando específico se une a ella. Al observar tres tipos principales de receptores ( receptores acoplados a proteína G , receptores tirosina quinasas y receptores de canales iónicos ), los científicos pueden ver cómo los receptores transmembrana contribuyen a la complejidad de las células y al trabajo que realizan estas células. Otro receptor bien conocido incluye el receptor de quinasa Ser Thr (conocido como señalización de TGFB), TNFR y el receptor de adhesión y mecanotransducción. Los receptores de la superficie celular juegan un papel esencial en los sistemas biológicos de organismos unicelulares y multicelulares y el mal funcionamiento o daño de estas proteínas se asocia con cáncer, enfermedades cardíacas y asma.
Transducción
Cuando se une a la molécula de señalización, la proteína receptora cambia de alguna manera y comienza el proceso de transducción. Una respuesta celular específica es el resultado de la señal recién convertida. Por lo general, la transducción requiere una serie de cambios en una secuencia de diferentes moléculas (llamada vía de transducción de señales), pero a veces puede ocurrir en un solo paso. Las moléculas que componen estas vías se conocen como moléculas de relevo. El proceso de múltiples pasos de la etapa de transducción a menudo se compone de la activación de proteínas mediante la adición o eliminación de grupos fosfato o incluso la liberación de otras moléculas pequeñas o iones que pueden actuar como mensajeros. La amplificación de una señal es uno de los beneficios de esta secuencia de múltiples pasos. Otros beneficios incluyen más oportunidades de regulación que los sistemas más simples y el ajuste fino de la respuesta, tanto en organismos unicelulares como multicelulares.
Respuesta
Una respuesta celular específica es el resultado de la señal transducida en la etapa final de la señalización celular. Esta respuesta puede ser esencialmente cualquier actividad celular que esté presente en un cuerpo. Puede estimular la reordenación del citoesqueleto, o incluso como catálisis por una enzima. Estos tres pasos de la señalización celular aseguran que las células correctas se comporten como se les indica, en el momento correcto y en sincronización con otras células y sus propias funciones dentro del organismo. Al final, el final de una vía de señal conduce a la regulación de una actividad celular. Esta respuesta puede tener lugar en el núcleo o en el citoplasma de la célula. La mayoría de las vías de señalización controlan la síntesis de proteínas activando y desactivando ciertos genes en el núcleo.
Señalización local y de larga distancia
Local
La comunicación a través del contacto directo es una forma de señalización local para las células eucariotas. Las células vegetales y animales poseen uniones que conectan el citoplasma de las células adyacentes entre sí. Estas conexiones permiten que las sustancias de señalización que se disolvieron en el citosol pasen fácilmente entre las células que están conectadas. Las células animales contienen uniones gap y pueden comunicarse a través de estas uniones en un proceso llamado reconocimiento célula-célula . Las células vegetales están conectadas a través de plasmodesmos. El desarrollo embrionario y la respuesta inmune dependen en gran medida de este tipo de señalización local. En otros tipos de señalización local, la célula de señalización secreta moléculas mensajeras que solo viajan distancias cortas. Estos reguladores locales influyen en las células cercanas y pueden estimular a las células objetivo cercanas para que realicen una acción. Varias células pueden recibir mensajes y responder a otra molécula en su vecindad al mismo tiempo. Este proceso de señalización local dentro de las células animales se conoce como señalización paracrina.
Larga distancia
Las hormonas son utilizadas tanto por células vegetales como animales para la señalización a larga distancia. En las células animales, las células especializadas liberan estas hormonas y las envían a través del sistema circulatorio a otras partes del cuerpo. Luego llegan a las células objetivo, que pueden reconocer y responder a las hormonas y producir un resultado. Esto también se conoce como señalización endocrina. Los reguladores del crecimiento de las plantas, u hormonas vegetales, se mueven a través de las células o se difunden a través del aire como un gas para alcanzar sus objetivos.
Impactos y señalización celular
Hay tres tipos diferentes de comunicación celular básica: membrana superficial a membrana superficial; exterior, que se encuentra entre los receptores de la célula; y comunicación directa, lo que significa que las señales pasan dentro de la propia celda. Las uniones de estas células son importantes porque son el medio por el cual las células se comunican entre sí. Las células epiteliales dependen especialmente de estas uniones porque cuando una se lesiona, estas uniones proporcionan los medios y la comunicación para sellar estas lesiones. Estas uniones están especialmente presentes en los órganos de la mayoría de las especies. Sin embargo, también es a través de la señalización celular que también se pueden desarrollar tumores y cáncer . Sin embargo, las células madre y las células causantes de tumores no tienen uniones gap, por lo que no pueden verse afectadas de la forma en que se controlaría una célula epitelial típica . Las vías de señalización de las células corriente arriba controlan las proteínas y los genes que se expresan, lo que puede crear un medio para que el cáncer se desarrolle sin detenerse o un medio para el tratamiento de estas enfermedades al dirigirse a estas vías de señalización específicas corriente arriba. Gran parte de la comunicación celular ocurre cuando los ligandos se unen a los receptores de la membrana celular y controlan las acciones de la célula a través de esta unión. Los genes se pueden suprimir, se pueden sobreexpresar o se pueden inhibir parcialmente a través de las vías de transducción de la señalización celular. Algunas investigaciones han encontrado que cuando se transfectaron genes de unión gap en células tumorales que no tenían los genes de unión gap, las células tumorales se volvieron estables y apunta a la capacidad de los genes de unión gap para inhibir tumores. Esta estabilidad lleva a los investigadores a creer que las uniones gap serán parte del tratamiento del cáncer en el futuro.
Comunicación en cáncer
las células a menudo se comunicarán a través de uniones gap, que son proteínas conocidas como conexinas . Se ha demostrado que estas conexinas suprimen las células cancerosas, pero esta supresión no es lo único que facilitan las conexinas. Las conexinas también pueden promover la progresión del tumor; por lo tanto, esto hace que las conexinas sean solo supresores tumorales condicionales. [5] Sin embargo, esta relación que conecta las células hace que la propagación de fármacos a través de un sistema sea mucho más eficaz, ya que las moléculas pequeñas pueden atravesar uniones gap y esparcir el fármaco de forma mucho más rápida y eficiente. La idea de que el aumento de la comunicación celular, o más específicamente, las conexinas, para suprimir los tumores ha sido un debate largo y continuo que se apoya en el hecho de que muchos tipos de cáncer, incluido el cáncer de hígado, carecen de la comunicación celular que caracteriza a las células normales.
Ver también
- Transducción de señales
- Tráfico de vesículas de membrana
- Comunicación
- Bioquímica
- Biofísica
- Traducción (biología)
- Amortiguación de calcio
- Interfaz huésped-patógeno
Referencias
Otras lecturas
- Li J, Habbes HW, Eiberger J, Willecke K, Dermietzel R, Meier C (enero de 2007). "El análisis de la expresión de conexina durante el desarrollo de células de Schwann de ratón identifica a connexin29 como un marcador novedoso para la transición de la cresta neural a las células precursoras". Glia . 55 (1): 93–103. doi : 10.1002 / glia.20427 . PMID 17024657 .
- Melke P, Jönsson H, Pardali E, ten Dijke P, Peterson C (diciembre de 2006). "Un enfoque de ecuación de velocidad para dilucidar la cinética y la robustez de la vía TGF-beta" . Revista biofísica . 91 (12): 4368–80. Código Bibliográfico : 2006BpJ .... 91.4368M . doi : 10.1529 / biophysj.105.080408 . PMC 1779910 . PMID 17012329 .
- Ishimura A, Ng JK, Taira M, Young SG, Osada S (octubre de 2006). "Man1, una proteína de la membrana nuclear interna, regula la remodelación vascular modulando la señalización beta del factor de crecimiento transformante" . Development (Cambridge, Inglaterra) . 133 (19): 3919-28. doi : 10.1242 / dev.02538 . PMID 16943282 . S2CID 21917844 .
- Bell RL, Kimpel MW, Rodd ZA, Strother WN, Bai F, Peper CL, Mayfield RD, Lumeng L, Crabb DW, McBride WJ, Witzmann FA (agosto de 2006). "Cambios en la expresión de proteínas en el núcleo accumbens y la amígdala de ratas endogámicas que prefieren el alcohol que reciben acceso continuo o programado al etanol". Alcohol . Fayetteville, NY 40 (1): 3–17. doi : 10.1016 / j.alcohol.2006.10.001 . PMID 17157716 .
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- "Adhesión y comunicación celular". Adhesión y comunicación celular . Yverdon, Suiza; Nueva York: Harwood Academic Publishers. 7 (6). Mayo de 1993. ISSN 1061-5385 .
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- Friedman M, Friedman B (2005). Comunicación celular: comprensión de cómo se almacena y utiliza la información en las células (1ª ed.). Nueva York: Rosen Pub. Grupo. ISBN 1-4042-0319-2 .
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