El trifosfato de inositol o inositol 1,4,5-trifosfato abreviado InsP 3 o Ins3P o IP 3 es una molécula de señalización de fosfato de inositol . Se produce por hidrólisis del fosfatidilinositol 4,5-bisfosfato (PIP 2 ), un fosfolípido que se encuentra en la membrana plasmática , por la fosfolipasa C (PLC). Junto con el diacilglicerol (DAG), el IP 3 es una molécula de segundo mensajero utilizada en la transducción de señales en las células biológicas . Mientras que el DAG permanece dentro de la membrana, el IP 3 es soluble y difunde a través de la célula, donde se une a su receptor , que es un canal de calcio ubicado en el retículo endoplasmático. Cuando el IP 3 se une a su receptor, el calcio se libera al citosol, activando así varias señales intracelulares reguladas por calcio.
El IP3 es una molécula orgánica con una masa molecular de 420,10 g / mol . Su fórmula empírica es C6H15O15P3 . Está compuesta por un anillo de inositol con tres grupos fosfato unidos en las posiciones de carbono 1, 4 y 5, y tres grupos hidroxilo unidos en las posiciones 2, 3 y 6. [1 ]
Los grupos fosfato pueden existir en tres formas diferentes dependiendo del pH de una solución . Los átomos de fósforo pueden unir tres átomos de oxígeno con enlaces simples y un cuarto átomo de oxígeno usando un enlace doble/dativo. El pH de la solución, y por lo tanto la forma del grupo fosfato, determina su capacidad para unirse a otras moléculas. La unión de los grupos fosfato al anillo de inositol se logra mediante la unión de ésteres de fósforo (ver ácidos fosfóricos y fosfatos ). Este enlace implica la combinación de un grupo hidroxilo del anillo de inositol y un grupo fosfato libre a través de una reacción de deshidratación . Considerando que el pH fisiológico promedio es aproximadamente 7,4, la forma principal de los grupos fosfato unidos al anillo de inositol in vivo es PO 4 2− . Esto le da al IP 3 una carga negativa neta, que es importante para permitirle acoplarse a su receptor, a través de la unión de los grupos fosfato a residuos cargados positivamente en el receptor. El IP 3 tiene tres donantes de enlaces de hidrógeno en forma de sus tres grupos hidroxilo. El grupo hidroxilo en el sexto átomo de carbono del anillo de inositol también está involucrado en el acoplamiento de IP3 . [ 2]
El acoplamiento de IP 3 a su receptor, que se llama receptor de trifosfato de inositol (InsP3R), se estudió por primera vez mediante mutagénesis por deleción a principios de la década de 1990. [3] Los estudios se centraron en el lado N-terminal del receptor IP 3. En 1997, los investigadores localizaron la región del receptor IP 3 involucrada en la unión de IP 3 entre los residuos de aminoácidos 226 y 578 en 1997. Considerando que IP 3 es una molécula cargada negativamente, se creía que los aminoácidos cargados positivamente como la arginina y la lisina estaban involucrados. Se encontró que dos residuos de arginina en la posición 265 y 511 y un residuo de lisina en la posición 508 eran clave en el acoplamiento de IP 3. Usando una forma modificada de IP 3 , se descubrió que los tres grupos fosfato interactúan con el receptor, pero no por igual. Los fosfatos en las posiciones 4 y 5 interactúan más extensamente que el fosfato en la posición 1 y el grupo hidroxilo en la posición 6 del anillo de inositol. [4]
El descubrimiento de que una hormona puede influir en el metabolismo de los fosfoinosítidos fue realizado por Mabel R. Hokin (1924-2003) y su esposo Lowell E. Hokin en 1953, cuando descubrieron que el fosfato radiactivo 32 P se incorporaba al fosfatidilinositol de cortes de páncreas cuando se estimulaba con acetilcolina . Hasta entonces, se creía que los fosfolípidos eran estructuras inertes que solo utilizaban las células como bloques de construcción para la construcción de la membrana plasmática. [5]
Durante los siguientes 20 años, poco se descubrió sobre la importancia del metabolismo de PIP 2 en términos de señalización celular, hasta mediados de la década de 1970, cuando Robert H. Michell planteó la hipótesis de una conexión entre el catabolismo de PIP 2 y los aumentos en los niveles intracelulares de calcio (Ca 2+ ). Planteó la hipótesis de que la hidrólisis de PIP 2 activada por el receptor producía una molécula que causaba aumentos en la movilización intracelular de calcio. [6] Esta idea fue investigada extensamente por Michell y sus colegas, quienes en 1981 pudieron demostrar que PIP 2 es hidrolizado en DAG e IP 3 por una fosfodiesterasa entonces desconocida . En 1984 se descubrió que IP 3 actúa como un mensajero secundario que es capaz de viajar a través del citoplasma hasta el retículo endoplasmático (RE), donde estimula la liberación de calcio al citoplasma. [7]
Investigaciones posteriores proporcionaron información valiosa sobre la vía del IP 3 , como el descubrimiento en 1986 de que una de las muchas funciones del calcio liberado por el IP 3 es trabajar con DAG para activar la proteína quinasa C (PKC). [8] Se descubrió en 1989 que la fosfolipasa C (PLC) es la fosfodiesterasa responsable de hidrolizar PIP 2 en DAG e IP 3. [9] Hoy en día, la vía de señalización del IP 3 está bien mapeada y se sabe que es importante en la regulación de una variedad de vías de señalización celular dependientes del calcio.
Los aumentos en las concentraciones intracelulares de Ca 2+ son a menudo el resultado de la activación de IP 3. Cuando un ligando se une a un receptor acoplado a proteína G (GPCR) que está acoplado a una proteína G heterotrimérica Gq , la subunidad α de Gq puede unirse e inducir actividad en la isoenzima PLC PLC-β, lo que resulta en la escisión de PIP 2 en IP 3 y DAG. [10]
Si una tirosina quinasa receptora (RTK) está involucrada en la activación de la vía, la isoenzima PLC-γ tiene residuos de tirosina que pueden fosforilarse tras la activación de una RTK, y esto activará a la PLC-γ y le permitirá escindir PIP 2 en DAG e IP 3 . Esto ocurre en células que son capaces de responder a factores de crecimiento como la insulina , porque los factores de crecimiento son los ligandos responsables de activar la RTK. [11]
El IP3 (también abreviado Ins(1,4,5)P3 ) es una molécula soluble y es capaz de difundirse a través del citoplasma hasta el RE, o el retículo sarcoplásmico (RS) en el caso de las células musculares , una vez que ha sido producido por la acción de la PLC. Una vez en el RE, el IP3 es capaz de unirse al receptor Ins(1,4,5)P3 , Ins(1,4,5)P3R , que es un canal de Ca2 + controlado por ligando que se encuentra en la superficie del RE. La unión del IP3 ( el ligando en este caso) al Ins(1,4,5)P3R desencadena la apertura del canal de Ca2 + y, por lo tanto, la liberación de Ca2 + al citoplasma. [11] En las células del músculo cardíaco, este aumento de Ca2 + activa el canal operado por el receptor de rianodina en el RS, lo que da como resultado mayores aumentos de Ca2 + a través de un proceso conocido como liberación de calcio inducida por calcio . También puede activar los canales de Ca 2+ en la membrana celular indirectamente, al aumentar la concentración intracelular de Ca 2+ . [10]
Las principales funciones del IP3 son movilizar Ca2 + de los orgánulos de almacenamiento y regular la proliferación celular y otras reacciones celulares que requieren calcio libre. En las células musculares lisas , por ejemplo, un aumento en la concentración de Ca2 + citoplasmático da como resultado la contracción de la célula muscular. [12]
En el sistema nervioso, el IP 3 actúa como segundo mensajero y el cerebelo contiene la mayor concentración de receptores de IP 3. [13] Hay evidencia de que los receptores de IP 3 juegan un papel importante en la inducción de plasticidad en las células de Purkinje cerebelosas . [14]
El bloqueo lento de la poliespermia en el erizo de mar está mediado por el sistema de mensajeros secundarios PIP 2. La activación de los receptores de unión activa la PLC, que escinde PIP 2 en la membrana plasmática del óvulo, liberando IP 3 en el citoplasma del óvulo. El IP 3 se difunde al RE, donde abre los canales de Ca 2+ .
La enfermedad de Huntington se produce cuando la proteína citosólica Huntingtin (Htt) tiene 35 residuos de glutamina adicionales añadidos a su región amino terminal. Esta forma modificada de Htt se llama Htt exp . Htt exp hace que los receptores IP3 de tipo 1 sean más sensibles a IP3 , lo que conduce a la liberación de demasiado Ca2 + del RE. La liberación de Ca2 + del RE provoca un aumento en las concentraciones citosólicas y mitocondriales de Ca2 + . Se cree que este aumento de Ca2 + es la causa de la degradación de MSN GABAérgica . [15]
La enfermedad de Alzheimer implica la degeneración progresiva del cerebro, que afecta gravemente las facultades mentales. [16] Desde que se propuso la hipótesis del Ca 2+ de la enfermedad de Alzheimer en 1994, varios estudios han demostrado que las alteraciones en la señalización del Ca 2+ son la causa principal de la enfermedad de Alzheimer. La enfermedad de Alzheimer familiar se ha relacionado estrechamente con mutaciones en los genes de la presenilina 1 (PS1), la presenilina 2 (PS2) y la proteína precursora amiloide (APP) . Se ha descubierto que todas las formas mutadas de estos genes observadas hasta la fecha causan una señalización anormal del Ca 2+ en el RE. Se ha demostrado que las mutaciones en PS1 aumentan la liberación de Ca 2+ mediada por IP 3 del RE en varios modelos animales. Los bloqueadores de los canales de calcio se han utilizado para tratar la enfermedad de Alzheimer con cierto éxito, y también se ha sugerido el uso de litio para disminuir el recambio de IP 3 como un posible método de tratamiento. [17] [18]