Comunicación Celular

Importancia de la comunicación celular

La comunicación celular es fundamental para casi todos los aspectos de la estructura y la función celulares. La señalización celular puede ayudar a explicar cómo muchas células trabajan juntas para realizar una función. Por ejemplo, la señalización celular está estrechamente ligada a la regulación del crecimiento celular, la división celular y la energía celular. La desregulación de la señalización celular puede hacer que una célula pierda su capacidad de regular la división celular, lo que conduce a la formación de un tumor maligno y cáncer. Por tanto, el estudio de la señalización celular es crucial para comprender la base de las enfermedades humanas y, en última instancia, de la salud humana.

Una célula que envía una señal se denomina célula señalizadora. La señal enviada por la célula señalizadora se denomina molécula señalizadoraextracelular o ligando. La célula que recibe la señal se llama célula diana, y contiene proteínas que se unen al ligando llamadas receptores. Las células diana sólo pueden responder a una señal si expresan receptores que puedan unirse al ligando.

Este diagrama muestra los componentes básicos de la comunicación celular.

Tipos de comunicación celular

Imagina que intentas comunicarte con alguien sentado a tu lado en clase. Podrías susurrarle, pasarle una nota o darle un golpecito en el hombro para llamar su atención. ¿En qué se diferenciaría tu forma de actuar si estuvieras intentando comunicarte con alguien de otra escuela? ¿Y si intentaras comunicarte con alguien al otro lado del mundo?

La distancia entre tú y el destinatario cambia nuestra forma de comunicarnos. Si estuvieras intentando comunicarte contigo mismo, podrías hacer una nota mental o escribirla en tu aplicación para tomar notas. En cambio, si intentaras comunicarte con alguien al otro lado del mundo, tendrías que buscar métodos alternativos como Internet.

Del mismo modo, la distancia que recorre la señal entre las células determina el modo de comunicación celular. En la señalización autocrina , una célula se comunica consigo misma. En la señalización paracrina , una célula señalizadora se comunica con células diana cercanas. En la señalización endocrina , una célula señalizadora libera un ligando que entra en el torrente sanguíneo para unirse a células diana distantes. Además, la señalización directa se produce cuando las células que están en contacto directo se comunican entre sí.

Pasos de la comunicación celular

Veamos los pasos de la comunicación celular.

Comunicación celular: Unión ligando-receptor

El primer paso de la comunicación celular se produce cuando la célula señalizadora libera un ligando al espacio extracelular. Las células diana potenciales sólo pueden responder a los ligandos si tienen receptores adecuados que puedan unirse al ligando. Si es compatible, el ligando se unirá al dominio de unión al ligando del receptor, situado normalmente en la superficie extracelular o externa de la célula diana. Una vez que se produce la unión receptor-ligando, se inicia una serie de procesos moleculares dentro de la célula denominados transducción de señales que, en última instancia, determinan la respuesta celular de la célula diana.

Comunicación celular: Cambio conformacional en el receptor

El segundo paso de la comunicación celular se produce tras la unión ligando-receptor, cuando el receptor experimenta un cambio conformacional (un cambio de forma) en su dominio intracelular (justo la parte de la proteína que da al interior de la célula) que activa unas enzimas cercanas llamadas efectores.

A continuación, los efectores pueden liberar pequeñas moléculas llamadas segundos mensajeros, que viajarán por la célula activando o inhibiendo distintos procesos, provocando la respuesta de la célula al ligando inicial.

Comunicación celular: Amplificación de señales mediante segundos mensajeros

Una vez activado el efector, comienza el tercer paso de la comunicación celular. Los propios efectores pueden liberar pequeñas moléculas llamadas segundos mensajeros. Los segundos mensajeros se encargan deretransmitir y amplificar la señal intracelular activando proteínas de la vía de señalización celular, como las proteínas quinasas. Puesto que un efector puede liberar muchos segundos mensajeros, y esos mensajeros secundarios activan enzimas que se dirigen a muchas proteínas, pueden activarse miles de proteínas a partir de un solo efector. Este proceso de reclutamiento de más proteínas para aumentar la intensidad de la señal se denomina amplificación de la señal.

Comunicación celular: Activación de proteínas por fosforilación

¿Qué significa que una proteína se active? A nivel molecular, significa que se produce un cambio conformacional en la proteína que conduce a un cambio en su actividad. La fosforilación (o desfosforilación) de proteínas es el método más común por el que se produce un cambio de conformación y, por tanto, se activa una proteína. La fosforilación de proteínas consiste en la adición de un grupo funcional fosfato a un residuo aminoácido específico de la proteína.

Es importante señalar que el hecho de que la fosforilación provoque la activación o la desactivación es específico de cada proteína y, a menudo, también de cada aminoácido.

Respuesta celular

El penúltimo paso de la comunicación celular es la respuesta celular. Tras la amplificación de la señal, la célula diana tiene que sufrir un cambio para responder a la célula señalizadora. Dependiendo de la célula y del ligando, la respuesta de señalización celular puede variar desde:

• Cambios en la expresión génica
• Reorganizaciones en el citoesqueleto
• Movimiento de la célula
• Crecimiento o muerte celular
• Apertura o cierre de canales iónicos
• Liberación de señales químicas

Comunicación celular: Terminación de la señal

El último paso de la comunicación celular es la terminación de la señal. Es fundamental que las células tengan una regulación estricta de las respuestas celulares y puedan adaptarse a diferentes condiciones ambientales; por lo tanto, es necesario terminar la señal. Una forma de terminar la señalización celular es degradar el ligando liberando enzimas extracelulares. Otra posibilidad es internalizar el receptor y degradar tanto el ligando como el receptor.

Diagrama de comunicación celular

A continuación se muestra un diagrama de comunicación celular que muestra todos los pasos que comienzan en la unión ligando-receptor y terminan en su respuesta celular:

Este diagrama muestra cómo se produce normalmente la comunicación celular.

Ejemplos de comunicación celular

Los ejemplos de comunicación celular son frecuentes tanto en la naturaleza como en nuestro cuerpo. Por ejemplo, las bacterias dañinas que entran en nuestro cuerpo contienen proteínas llamadas antígenos en su superficie celular. Nuestras células inmunitarias contienen receptores para estos antígenos (ligando), y si se produce la unión, se produce la destrucción de estas bacterias. Este proceso se facilita mediante el contacto directo de célula a célula, que ejemplifica la señalización directa.

Aunque nos hemos centrado en los organismos pluricelulares, los organismos unicelulares también experimentan comunicación celular. La detección del quórum es un proceso utilizado por las bacterias para controlar la expresión génica en respuesta a su entorno. Cuando la concentración de bacterias es alta en una zona, las bacterias liberan ligandos químicos que actúan sobre sí mismas y sobre otras bacterias cercanas para facilitar un cambio de comportamiento. Por lo tanto, la detección del quórum es una forma de señalización tanto autocrina como paracrina.

Por último, las hormonas son un gran ejemplo de señalización endocrina. Cuando comemos, la insulina liberada por el páncreas entra en el torrente sanguíneo para llegar al músculo esquelético, el hígado y las células adiposas. A continuación, la insulina se une a los receptores de insulina, lo que provoca la captación de glucosa en estas células diana.

1. John Donne, Ningún hombre es una isla, 1624