TEMA 6. RECEPTORES DE CLASE 2-RECEPTORES ACOPLADOS A PROTEÍNAS G PDF

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TEMA 6. RECEPTORES DE CLASE 2: RECEPTORES ACOPLADOS A G GENERALES El conocimiento de las posibilidades de estos receptores es un campo de importante para el conocimiento de Muchos mecanismos de de los NT es a de estos receptores. A los receptores acoplados a G se les denomina receptores Son receptor...

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TE TEMA MA 66.. RE RECE CE CEPTO PTO PTOR RES D DE E CLA CLASSE 22:: R REC EC ECEP EP EPTO TO TORE RE RESS A ACO CO COPL PL PLA ADO DOSS A PR PROT OT OTEÍ EÍ EÍNA NA NASS G CAR CARACT ACT ACTERÍ ERÍ ERÍSTICA STICA STICASS G GEN EN ENERA ERA ERALES LES El conocimiento de las posibilidades de estos receptores es un campo de investigación importante para el conocimiento de fármacos. Muchos mecanismos de acción de los NT es a través de estos receptores. A los receptores acoplados a proteínas G se les denomina receptores metabotrópicos. Son receptores que tienen 7 dominios transmembrana. Estos dominios tienen estructura de hélice α y las 7 subunidades estarán conectadas por bucles extracelulares y bucles intracelulares. El segmento N-terminal es el extracelular y es el lugar de unión al ligando. Este segmento N-terminal puede sufrir glicosilaciones y es rico en asparraginas. El número de glicosilaciones y asparraginas va a condicionar el tipo de ligado que se va a unir y cómo va a tener el mecanismo de transducción. Los bucles extracelulares, sobre todo el 2 y el 3, van a contener el lugar de unión alostérico, es decir, va a haber moduladores que se van a unir a estos bucles extracelulares y van a modificar la actividad de este receptor. Además de estos bucles existen otros intracelulares los cuales, sobre todo el que conecta el dominio no transmembrana 5 con el 6, es un bucle mucho más voluminoso porque va a ser el que interaccione con la proteína G. Tanto el segmento C-terminal como esos bucles intracelulares van a contener lugares susceptibles a fosforilación. Normalmente se van a fosforilar en residuos de serina y treonina. Esa fosforilación es la responsable de que se produzca la inactivación de este receptor. En estos receptores, el ligando se va a unir en la parte extracelular y dependiendo de su tamaño del se unirá a distintos sitios del receptor: - Ligandos de bajo PM: Se unen a los segmentos transmembrana 3,4,5 y 6. - Ligandos de alto PM: Los ligando que sean más voluminosos se unirán al segmento N-terminal. Por lo tanto, estos receptores se caracterizan por tener 2 lugares de unión, el de unión al ligando que es el sitio ortostérico y sitios alostéricos que modulan la actividad de estos receptores. Una característica que diferencia a los canales iónicos de estos es el periodo de latencia. En los canales iónicos el periodo de latencia es del orden de milisegundos mientras que en los canales acoplados a proteínas G el tiempo de latencia es mayor, es del orden de segundos. Esto es debido a que las respuestas que median los receptores son debidas a la acción de segundos mensajeros. Este tipo de receptores son los principales responsables de señales odoríferas y luminosas. La respuesta de la mayoría de los NT u hormonas están mediadas por este tipo de receptor.

El receptor, en su forma inactiva no está unido a la proteína G. Para que se produzca la interacción, es necesario que se produzca la activación de la proteína G y el receptor actúe como factor intercambiador de nucleótidos de guanina. Ejemplos de receptores acoplados a proteína G: -

Receptores serotoninérgicos excepto el 5HT3. Receptor muscarínico de acetilcolina. Receptor del GABAB. Receptores dopaminérgicos. Receptores adrenérgicos. Receptores opiodes. Receptores de prostaglandinas. Receptores de leucotrienos.

LOC LOCALIZ ALIZ ALIZACIÓ ACIÓ ACIÓN N Y TR TRÁFIC ÁFIC ÁFICO OD DE E RE RECEP CEP CEPTOR TOR TORES ES Estos receptores se localizan en el retículo endoplásmico y además de sintetizarse, van a sufrir el procesamiento necesario que a veces implica la degradación del propio receptor o su utilización y reincorporación a la membrana. Una vez sintetizados o procesados, del retículo endoplásmico es necesario que se trasloquen a la membrana y para ello tienen que ir desde el retículo endoplásmico hasta el aparato de Golgi, donde sufren el proceso de maduración y se dirige su tráfico hacia la membrana celular para que se muestren operativos, o bien, se dirigen a los lisosomas para recuperar los nucleótidos. Las proteínas G son heterotrímeros formados por dos tipos de subunidades α, β y γ. Tanto la subunidad α como la γ tienen un lugar de inserción a la membrana mientras que la β es totalmente citoplasmática. La función de la proteína G es, una vez que el receptor se active por la unión del ligando, una función de acoplamiento entre el receptor y el sistema efector correspondiente. De manera que, estas proteínas G, tienen alta afinidad por los nucleótidos de guanina, es decir, tanto por GTP como por GDP. Que se encuentren en forma activa o inactiva será lo que determine su unión a GTP o GDP. Cuando al proteína G está en forma inactiva la encontramos unida al GDP. Cuando pasa a su conformación activa, pierde afinidad por el GDP y la gana por el GTP. La subunidad de unión de la proteína G a estos nucleótidos de guanina es la subunidad α. Además, aquí es donde se localiza la actividad GTPasa.

En general, las proteínas G son heterotriméricas pero también las hay monoméricas. Las proteínas G las podemos clasificar en función de la subunidad α, que es la que tiene más importancia desde el punto de vista farmacológico por ser la que tiene la capacidad de estimular al sistema efector. Aunque cuando se produce el proceso de activación, se separa la subunidad α unida al GTP y por otro lado β-γ. Este dímero también tiene funciones efectoras.

ME MECANI CANI CANISM SM SMOS OS DE ACT ACTIVAC IVAC IVACIÓN IÓN DE LO LOSS RE RECEPTO CEPTO CEPTORES RES ACOPL ACOPLADOS ADOS A PR PROTEÍN OTEÍN OTEÍNAS AS G En todos los tipos de receptores acoplados a proteínas G, el mecanismo de transducción implica la activación de segundos mensajeros. Cuando el receptor está inactivo, no hay ningún tipo de interacción con la proteína G que se encuentra en forma de heterotrímero y unida a GDP. Cuando llega el ligando y se une al receptor, se va a producir un cambio conformacional en ese receptor que hace que ese receptor se una a la proteína G. En ese momento en el que el receptor se une a la proteína G, se produce la activación de la proteína G , que pierde afinidad por el GDP y la gana por el GTP. Cuando el GTP se une a la proteína G se produce la disociación de la subunidad α unida a GTP y por otro lado veremos el dímero β-γ. El dímero formado por β-γ también es una forma activa de la proteína G. La subunidad α unida a GTP interacciona con el sistema efector. Cuando esto se produce, como la subunidad α tiene actividad GTPasa, al interaccionar se activa esta actividad de manera que se produce al hidrólisis del GTP que pasa a GDP. Así, cuando la proteína G está unida a GDP se transforma en la forma inactiva y al transformarse en la forma inactiva se une al dímero β-γ y vuelve al estado inicial. Existen otras proteínas llamadas RGS (proteínas reguladoras de la señalización celular) que hacen específicamente que la subunidad α unida a GTP, no interaccione y pierda su actividad al unirse a esta proteína efectora porque tienen actividad GTPasa. Lo que ocasionan es que se regule la actividad GTPasa no produciéndose una activación excesiva del receptor. Hay patologías como la esquizofrenia

o la hipertensión en las que hay deficiencias en estas proteínas y el receptor esta más activado de lo normal. Con estas proteínas podemos regular el mecanismo de transducción de estos receptores. Dependiendo del tipo de proteína Gα, vamos a tener diferentes vías de señalización.

Rece Receptore ptore ptoress aco acoplado plado pladoss a pro proteínas teínas Gs Hay receptores como el β2-adrenérgico que es un receptor acoplado a proteínas Gs. Los receptores acoplados a proteína Gs estimulan a la adenilato ciclasa. Cuando el ligando se une al receptor, se acopla a la proteína G y el sistema efector acoplado es la adenilato ciclasa que transforma el ATP en AMPc. Los niveles de AMPc aumentan hasta 20 veces cuando se produce la activación de la adenilato ciclasa. Los niveles de AMPc están regulados por las fosfodiesterasas que eliminan los nucleótidos cíclicos. Los niveles de AMPc son el resultado del equilibrio entre adenilato ciclasa y fosfodiesterasas. El AMPc interactúa con la protein kinasa A (PKA) que la encontramos a nivel citoplasmático en forma inactiva. Tiene dos subunidades reguladoras y dos cataliticas. El AMPc se une a las subunidades reguladoras y se liberan las subunidades catalíticas. Las subunidades catalíticas son la forma activa de la protein kinasa A. Estas subunidades van a fosforilar diferentes sustratos proteicos gracias a la participación del ATP. La fosforilación de proteínas tiene una serie de consecuencias y respuestas a corto plazo que van a ser fosforilaciones de hormonas y determinadas proteínas pero, además, estas subunidades catalíticas también pueden migrar al núcleo y fosforilar la proteína Kreb que interacciona con el DNA en una zona concreta (elemento de respuesta del AMPc) y va a estimular la expresión génica y la síntesis de proteínas a largo plazo. Por lo tanto, estos receptores tendrán respuestas a corto y largo plazo.

Rece Receptore ptore ptoress aco acoplado plado pladoss a pro proteínas teínas Gi Cuando se activan estos receptores, inhiben la adenilato ciclasa. La inhibición de adenilato ciclasa se ha visto que es en un lugar alostérico. Va a haber fármacos que utilicen esta vía. Se ha visto que el dímero formado por β-γ es una forma activa que produce la activación de canales de potasio.

Rece Receptore ptore ptoress aco acoplado plado pladoss a la p proteín roteín roteínaa Gq Cuando se estimulan estos receptores, estimulan la fosfolipasa C. La fosfolipasa C hidroliza los fosfolipidos de la membrana, el PIP2. Se va a generar por un lado el IP3 y por otro lado el diacilglicerol. El IP3 actúa como segundo mensajero y tiene su propio receptor en el retículo sarcoplásmico. El receptor del inositol trifosfato es un canal iónico activado por ligando asociado a iones calcio. Cuando IP3 se une al receptor, se abre el canal y como el calcio es más abundante en el retículo sarcoplásmico se produce la salida del calcio al citoplasma. Cuando aumentan los niveles de calcio, como a nivel

intracelular son muy bajos, los niveles de calcio pueden llegar al orden de mM. El receptor intracelular del calcio es la calmodulina. El calcio se une a la calmodulina y esta activa los procesos de contracción celular. La miosina se fosforila y por esta razón el calcio interviene en la contracción. El calcio también interviene en otros procesos como la secreción de hormonas. El diacilglicerol va a permanecer unido a la membrana celular y activa una protein kinasa C. La protein kinasa C, cuando se encuentra en su forma inactiva se va a encontrar a nivel citoplasmático, de manera que el aumento de los niveles de calcio a nivel citoplasmático, hace que la protein kinasa C se trasloque a la membrana. Así, para que se una el triacilglicerol a la PKC, es necesario que esté traslocada a la membrana debido al calcio. Una vez activada la PKC lo que hace es fosforilar diferentes sustratos. PKC también puede fosforilar a Kreb e intervenir en procesos fisiológicos.

Tanto la histamina como la adrenalina son hormonas cuya respuesta está mediada por receptores acoplados a proteínas G. El receptor H1 de histamina es un receptor acoplado a proteína Gq que activa a fosfolipasa C, aumenta los niveles de calcio y produce la contracción. Estos receptores los vamos a encontrar sobre todo en el árbol bronquial y producen broncoconstricción. La histamina, cuando se une a los receptores H2, acoplados a proteína Gs, estimula a la adenilatociclasa y aumenta los niveles de AMPc y se produce una respuesta relajante al activar intercambiadores sodio-calcio y un efecto vasodilatador. En el caso de la adrenalina, tanto cuando se une a receptores β1, como cuando se une a β2, su mecanismo es a través de proteína Gs y se va a estimular una adenilato ciclasa aumentando el AMPc, pero en la unión a β1 la respuesta es contracturante (nivel cardiaco) mientras que la unión a β2 produce un efecto vasodilatador. En el caso de los miocitos cardiacos un aumento de AMPc activa PKA que aumenta el calcio, se une a la troponina y se produce el efecto contracturante. Pero a nivel de los vasos o árbol bronquial donde

hay β2, un aumento de AMPc inhibe la miosina kinasa y si está inhibida no se produce el proceso de contracción y se produce un efecto broncodilatador o vasodilatador.

SIST SISTEMA EMA EMASS EFEC EFECTORE TORE TORESS D DE E LAS PR PROTEÍN OTEÍN OTEÍNAS AS G -

Adenilatociclasa (AC) Fosfolipasa C (PLC) Fosfodiesterasas Otras fosfolipasas como la D y la A2. Canales iónicos: se pueden activar por proteínas G tanto de forma directa (la subunidad α unida a GTP puede activar directamente un canal iónico, o el dímero β-γ) como indirecta (a través de los segundos mensajeros).

Los receptores van a estar muy interrelacionados entre sí. En las vías de señalización vemos que la activación de un receptor acoplado a proteína G lleva consigo la activación de un canal iónico o la expresión génica.

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Los receptores acoplados a proteínas G también van a intervenir en los procesos de señalización celular. La unión de un agonista a un receptor acoplado a proteína G va a generar segundos mensajeros como son el AMPc que activa a una PKA cuyas subunidades catalíticas van hasta el núcleo, fosforilan Kreb y así intervienen en el proceso de señalización celular, la expresión génica y síntesis de proteínas. Todos los genes se activan por los aumentos del AMPc. Kreb, cuando se fosforila se une al segmento del DNA que es el segmento de respuesta al AMPc. Todas las vías de señalización celular van a estar muy interrelacionadas entre sí. En la activación de los receptores acoplados a proteínas G se ha visto que en ocasiones se producen dimerizaciones. Se pueden producir homodimerizaciones (entre dos receptores iguales) o heterodimerizaciones (entre dos receptores diferentes). Estos dímeros se pueden formar por uniones covalentes tipo puente disulfuro pero en la mayoría de los casos las uniones serán en los segmentos hidrofóbicos transmembrana, entre los segmentos carboxilo terminal y amino terminal. La formación del dímero a veces es un requisito indispensable para que el receptor cuando se sintetice viaje a la membrana y se inserte en ella. En otras ocasiones, se insertan en la membrana como monómeros y una vez que el ligando se une al receptor se forman los dímeros.

Una vez formados los dímeros se ha visto que se producen interacciones de tipo alostérico que pueden modificar la actividad de los receptores. Es decir, la formación de un dímero puede modificar la actividad y selectividad de ligandos. Puede haber ligandos que sean más selectivos por el dímero que por los monómeros individuales. Esto permite desarrollar fármacos que sean más selectivos por el dímero que por el monómero. Cuanto mayor sea la selectividad menos reacciones adversas habrá. También se ha visto que los dímeros modifican el proceso de activación de la señal porque muchas veces dentro del dímero uno de los monómeros será el responsable de la fijación del ligando y el otro será el responsable de la unión a la proteína G. Así, muchas veces la f ormación del dímero hace que el receptor solo reaccione con una proteína G. Se ha visto que en el caso de los receptores de angiotensina II los receptores AT1 son responsables de los efectos de la angiotensina II en el organismo. Al formación de homodímeros de receptores AT1 causa la producción de un aumento de

la activación de la señal y se ha implicado la formación de los homodímeros en el desarrollo de hipertensión arterial responsable de los efectos de angiotensina II. Modifican también el proceso de sensibilización, en ocasiones la estimulación de uno de los monómeros hace que el receptor que está en la membrana se internalice en los endosomas donde bien, se degrada o bien, se recupera. La desensibilización está relacionada con el proceso de finalización de la señal. En la finalización de la señal están implicadas las β-restinas que pueden ser de tipo I o tipo II y este proceso está relacionado con la desensibilización. En el caso de los receptores acoplados a proteínas G se pueden producir dos tipos de desensibilización: - Desensibilización homóloga: cuando un fármaco interacciona con uno de estos receptores, se produce un cambio conformacional que hace que el receptor se una a la proteína G y se produzca la acción. Van a existir unas kinasas específicas para estos receptores que son las GRK y fosforilan los bucles intracelulares y pueden fosforilar el segmento C-terminal. Cuando un receptor está fosforilado, se produce un impedimento estérico y hace que no pueda interaccionar con la proteína G. Cuanto mayor sea la estimulación de un receptor por un agonista, mayor será el grado de fosforilación por las GRK y esta estimulación continuada produce una pérdida de respuesta. En estas situaciones, cuando el receptor está unido al agonista y se ha producido la fosforilación, no va a haber respuesta. Aquí, intervienen las β-restinas que se unen a los receptores fosforilados y van a favorecer el proceso de endocitosis, es decir, que el receptor que está en la membrana se introduce en el citoplasma y para ello se rodea de una proteína que es la clatrina formando los endosomas. Estos endosomas tienen carácter ácido y contienen una serie de serina-treonina-fosfatasas. Estas serina-treonina-fosfatasa eliminan los fosfatos y una vez defosforilado el receptor puede incorporarse en la membrana y volver a estar operativo. - Desensibilizacion heteróloga. Tiene lugar en receptores que no están ocupados por el agonista. En estos receptores libres se fosforilan los bucles intracelulares o el segmento carboxilo terminal por otras kinasas que se han activado como consecuencia de la estimulación de otros receptores como PKA. Estas kinasas van a fosforilar a los receptores libres de manera que en función del grado de fosforilación tampoco van a poder interaccionar con la proteína G y van a sufrir un proceso de desensibilización. Los receptores acoplados a proteínas G sufren muy comúnmente la desensibilización. Estos receptores fosforilados por otras kinasas van a tener también afinidad por las β-restinas, se internalizan en los endosomas, se pueden reciclar y sufrir la resensibilización, vuelven a estar operativos y vuelven a la membrana. Una vez en el endosoma, a veces no ocurre lo comentado sino que el receptor se puede unir a la ubiquitina por enlaces covalentes y si un receptor está muy ubiquitinizado, el grado de ubiquitinación es muy elevado, no le compensa a la célula recuperar el receptor y resensibilizarlo.

Los receptores muy ubiquitinizados sufren el proceso de degradación, produciéndose una pérdida del número de receptores. El número de receptores en la membrana disponibles y operativos depende del equilibrio entre la desensibilización y la degradación en los lisosomas. Se ha visto que en algunas patologías como en algunos cánceres de mama, el proceso de degradación de receptores muy ubiquitinizados no funciona correctamente....