La diafonía biológica se refiere a casos en los que uno o más componentes de una vía de transducción de señales afectan a otra. Esto se puede lograr de varias maneras, siendo la forma más común la diafonía entre proteínas de cascadas de señalización. En estas vías de transducción de señales, a menudo hay componentes compartidos que pueden interactuar con cualquiera de las vías. Se puede observar un caso más complejo de diafonía en la diafonía transmembrana entre la matriz extracelular (ECM) y el citoesqueleto .
Un ejemplo de la interacción entre proteínas en una vía de señalización se puede ver en el papel del monofosfato de adenosina cíclico (AMPc) en la regulación de la proliferación celular al interactuar con la vía de la proteína quinasa activada por mitógeno (MAP). El AMPc es un compuesto sintetizado en las células por la adenilato ciclasa en respuesta a una variedad de señales extracelulares. [1] El AMPc actúa principalmente como un segundo mensajero intracelular cuyo principal receptor intracelular es la proteína quinasa dependiente de AMPc (PKA) que actúa a través de la fosforilación de proteínas objetivo. [2] La vía de transducción de señales comienza con interacciones ligando-receptor extracelularmente. Esta señal luego se transduce a través de la membrana, estimulando la adenilil ciclasa en la superficie de la membrana interna para catalizar la conversión de ATP a AMPc. [3] [4]
La ERK, una proteína que participa en la vía de señalización de MAPK, puede ser activada o inhibida por el AMPc. [5] El AMPc puede inhibir las ERK de diversas maneras, la mayoría de las cuales involucran a la proteína quinasa dependiente de AMPc (PKA) y la inhibición de las señales dependientes de Ras a Raf-1. [6] Sin embargo, el AMPc también puede estimular la proliferación celular al estimular las ERK. Esto ocurre a través de la inducción de genes específicos mediante la fosforilación del factor de transcripción CREB por PKA. [5] Aunque las ERK no parecen ser un requisito para esta fosforilación de CREB, la vía MAPK juega un papel en la diafonía nuevamente, ya que las ERK son necesarias para fosforilar proteínas corriente abajo de CREB. [5] Otros ejemplos conocidos del requisito de ERK para los efectos transcripcionales inducidos por AMPc incluyen la inducción del gen de prolactina en células pituitarias y del gen de beta-hidroxilato de dopamina en células feocromocitomales (PC12). [6] Existen diversos mecanismos por los cuales el AMPc puede influir en la señalización de ERK. La mayoría de los mecanismos que implican la inhibición de ERK por AMPc desacoplan a Raf-1 de la activación de Ras a través de la interacción directa de PKA con Raf-1 o indirectamente a través de la interacción de PKA con la GTPasa Rap1 [6] (ver figura 1). La PKA también puede regular negativamente a ERK mediante la activación de PTPasas. Los mecanismos para la activación de ERK por AMPc son aún más variados, generalmente incluyen Rap1 o Ras, e incluso AMPc directamente. [6]
La diafonía puede observarse incluso a través de las membranas. Las interacciones de la membrana con la matriz extracelular (ECM) y con las células vecinas pueden desencadenar una variedad de respuestas dentro de la célula. Sin embargo, la topografía y las propiedades mecánicas de la ECM también juegan un papel importante en la potente y compleja diafonía con las células que crecen sobre o dentro de la matriz. [7] Por ejemplo, el ensamblaje del citoesqueleto mediado por integrinas e incluso la motilidad celular se ven afectados por el estado físico de la ECM. [7] La unión de la integrina α5β1 a su ligando ( fibronectina ) activa la formación de adherencias fibrilares y filamentos de actina . [5] Sin embargo, si la ECM está inmovilizada, se inhibe la reorganización de la matriz de este tipo y la formación de adherencias fibrilares. [7] A su vez, se observa que la unión de la misma integrina (α5β1) a un ligando de fibronectina inmovilizado forma contactos focales altamente fosforilados/ adhesión focal (células involucradas en la adhesión a la matriz) dentro de la membrana y reduce las tasas de migración celular [7] En otro ejemplo de diafonía, este cambio en la composición de los contactos focales en el citoesqueleto puede ser inhibido por miembros de otra vía: inhibidores de las quinasas de la cadena ligera de miosina o quinasas Rho, H-7 o ML-7, que reducen la contractilidad celular y, en consecuencia, la motilidad. [7] (ver figura 2).
Un ejemplo más complejo y específico de interacción entre dos vías de señalización principales se puede observar en la interacción de las vías de señalización de AMPc y MAPK en la activación de los linfocitos . En este caso, los componentes de la vía de AMPc afectan directa e indirectamente a la vía de señalización de MAPK destinada a activar genes relacionados con la inmunidad y los linfocitos.
El AMPc recién formado se libera de la membrana y se difunde a través del espacio intracelular , donde sirve para activar la PKA. La subunidad catalítica de la PKA debe unirse a cuatro moléculas de AMPc para activarse, con lo que la activación consiste en la escisión entre las subunidades reguladora y catalítica. [4] Esta escisión, a su vez, activa la PKA al exponer los sitios catalíticos de las subunidades C, que luego pueden fosforilar una serie de proteínas en la célula. [4]
En los linfocitos, los niveles intracelulares de AMPc aumentan tras la estimulación del receptor de antígeno y aún más en respuesta a la prostaglandina E y otros agentes inmunosupresores . [8] En este caso, el AMPc sirve para inhibir a los agentes inmunitarios. La PKA tipo I se colocaliza con los receptores de antígeno de las células T y B [9] y causa inhibición de la activación de las células T y B. La PKA incluso se ha destacado como un inductor directo de genes que contribuyen a la inmunosupresión. [10]
Además, la vía del AMPc también interactúa con la vía de la MAPK de una manera más indirecta a través de su interacción con la PTPasa hematopoyética (HePTP). La HePTP se expresa en todos los leucocitos. Cuando se sobreexpresa en las células T, la HePTP reduce la activación transcripcional del promotor de la interleucina-2 inducida típicamente por el receptor de células T activado a través de una cascada de señalización de la MAPK. [11] La forma en que la HePTP inhibe eficazmente la señalización de la MAPK es interactuando con las quinasas MAP Erk1, Erk2 y p38 a través de una secuencia corta en el extremo N no catalítico de la HePTP denominada motivo de interacción de la quinasa (KIM)., [11] [12] La unión altamente específica de Erk y p38 a esta subunidad de la HePTP da como resultado una rápida inactivación de la cascada de señalización (ver figura 3).
Sin embargo, dado que tanto HePTP como Erk son enzimas citosólicas , [13] es razonable concluir que existe un mecanismo para que cese la inhibición de Erk por HePTP a fin de permitir la translocación de Erk activada al núcleo . De hecho, como en muchos otros casos de interacción proteína-proteína, HePTP parece ser fosforilada por Erk y p38 en los sitios Thr45 y Ser72. [11] Sin embargo, es importante destacar que se ha encontrado un tercer sitio de fosforilación en el extremo N no catalítico (la región KIM) de HePTP, uno que es fosforilado a una estequiometría mucho más alta por la vía del AMPc, [1] en otro ejemplo de diafonía entre las vías del AMPc y MAPK.
La fosforilación de este tercer sitio por las PKA de la vía del AMPc inhibe la unión de las quinasas MAP a HePTP y, por lo tanto, aumenta la cascada de señalización MAPK/ERK. La vía MAPK, a través de Ras, Raf, Mek y Erk, muestra una baja actividad en presencia de HePTP no fosforilado (activo). Sin embargo, la activación de la vía del AMPc estimula la activación de la PKA, que a su vez fosforila a HePTP en Ser23. Esto evita que HePTP se una a Erk y libera la vía MAPK de la inhibición, lo que permite que continúe la señalización descendente (consulte la figura 4).
Además, estudios que involucran células musculares lisas de la aurícula del corazón han demostrado que la PKA puede reducir la activación de las quinasas MAP en respuesta al factor de crecimiento derivado de plaquetas ( PDGF ) al fosforilar la quinasa c-Raf . [14] Por lo tanto, parece plausible que la PKA en la vía del AMPc podría incluso estar más involucrada en la regulación de la activación de los linfocitos no solo al inhibir la vía de la señal MAPK del receptor de antígeno en su etapa final, sino incluso más arriba.