Respuesta Celular

Pasos de la Señalización Celular: Recepción de señales, transducción de señales y respuesta celular

Las células responden a las señales de su entorno mediante un proceso llamado señalización celular, en el que una molécula señalizadora llamada ligando se une a una proteína receptora, iniciando una respuesta celular específica.

El proceso de señalización celular puede resumirse en tres pasos básicos:

1. Recepción de la señal en la que el ligando se une a la proteína receptora.

2. Transducción de la señal en la que la señal transmitida por la unión del ligando al receptor se retransmite mediante la activación de moléculas, una tras otra, en una vía de señalización. Este paso tiene lugar cuando un ligando se une a un receptor de la superficie celular.

3. Respuesta celular en la que la señal inicia en última instancia un proceso celular específico.

Definición de respuesta celular

La respuestacelular puede definirse como el paso final del proceso de señalización celular en el que se inicia una función o proceso específico, como la división celular, en el núcleo o citoplasma de la célula.

Muchas vías de señalización regulan en última instancia la síntesis de proteínas "encendiendo" o "apagando" determinados genes en el núcleo.

• La molécula final de algunas vías puede funcionar como un factor de transcripción que activa genes e inicia la transcripción.

• En otras vías, la molécula final puede funcionar como un factor de transcripción que inactiva los genes e inhibe la transcripción.

Otras vías regulan la actividad de las proteínas en lugar de iniciar o inhibir su síntesis. Estas vías suelen afectar a proteínas que desempeñan sus funciones en el citoplasma, fuera del núcleo.

Diagrama de la respuesta celular

La figura 1 muestra la respuesta celular como etapa final del proceso de señalización celular.

Regulación de la respuesta celular

Hay muchas formas de regular el alcance y la especificidad de la respuesta. En esta sección, hablaremos de cuatro formas: amplificación de la señal, especificidad de la señal y coordinación de la respuesta, eficacia de la señalización y terminación de la señal.

Amplificación de la señal

En una vía de señalización, las cascadas enzimáticas amplifican la respuesta de la célula a un acontecimiento de señalización. Con cada paso de la cascada, el número de moléculas activadas es cada vez mayor. Esto se debe a que estas proteínas están activas el tiempo suficiente para digerir numerosas moléculas de sustrato antes de volver a estar inactivas.

Especificidad de la señal y coordinación de la respuesta

Las células responden a las señales de forma diferente. Tomemos como ejemplo una célula hepática y una célula muscular cardiaca. Ambas están en contacto con el torrente sanguíneo, por lo que ambas están expuestas a diversas moléculas hormonales y reguladores locales segregados por células adyacentes.

Sin embargo, la célula hepática podría responder a una señal que la célula cardiaca podría ignorar, y viceversa. Además, algunas señales pueden desencadenar respuestas en ambos tipos celulares, aunque de forma diferente.

Esto se debe a que los distintos tipos de células activan diferentes conjuntos de genes y proteínas. La reacción de una célula a una señal viene determinada por el tipo de proteínas receptoras de la señal, las proteínas de relevo y las proteínas que tiene que llevarán a cabo la respuesta.

Eficacia de la señalización

En algunas vías de señalización, la presencia de proteínas andamiaje aumenta la eficacia de la transducción de la señal. Las proteínas de andamiaje son grandes proteínas de relevo con otras proteínas de relevo unidas. En algunos casos, las propias proteínas de andamiaje pueden activar a las proteínas de relevo.

Terminación de la señal

Los cambios moleculares en una vía de señalización deben producirse con la suficiente rapidez para que la célula pueda responder a las señales entrantes. Cuando disminuye la concentración de ligandos, hay más receptores libres para volver a su forma inactiva.

Sólo se produce una respuesta celular cuando la concentración de receptores unidos a ligandos supera un determinado umbral. Por debajo de este umbral, la respuesta celular se detiene.

A su vez, las moléculas de relevo vuelven a su estado inactivo en sus formas específicas: por ejemplo, el AMPc es convertido en AMP por la enzima fosfodiesterasa. Con ello, la célula vuelve a estar preparada para responder a una nueva señal.

Ejemplos de respuesta celular

Ahora que hemos discutido qué es la respuesta celular y cómo se regula en la señalización celular, podemos pasar a algunos ejemplos pertinentes. Aquí hablaremos de la apoptosis y de la respuesta inmunitaria.

Apoptosis o muerte celular programada

Cuando las células están infectadas, dañadas o cerca del final de su vida funcional, pueden sufrir apoptosis o "muerte celular programada".

En la apoptosis, el ADN se rompe, mientras que los orgánulos y otros componentes citoplasmáticos se fragmentan. A continuación, la célula se encoge y se vuelve lobulada, un proceso denominado "blebbing". A continuación, los componentes de la célula se agrupan en vesículas, que son devoradas y consumidas por fagocitos especializados, sin dejar rastro. La apoptosis protege a las células cercanas del daño que se produciría si una célula moribunda vertiera todo su contenido.

La apoptosis puede desencadenarse por una señal procedente del exterior o del interior de la célula.

• Cuando una molécula de señalización externa se une a un receptor de la superficie celular, se activan unas enzimas denominadas caspasas que escinden proteínas específicas en el núcleo y el citoplasma. Las caspasas, junto con otras enzimas, llevan a cabo la apoptosis.

• Dentro de la célula, la señal que conduce a la apoptosis puede proceder del núcleo, cuando el ADN sufre un daño considerable, o del retículo endoplásmico , cuando hay un mal plegamiento excesivo de proteínas.

La muerte celular se produce por muchas razones diferentes. Algunas son más sencillas: por ejemplo, la muerte celular durante el desarrollo embrionario de los ratones conduce a la formación de dedos individuales a partir de lo que inicialmente era una estructura en forma de pala.

Otro motivo de la muerte celular podría ser que el tejido ya no es necesario para el organismo: por ejemplo, cuando un renacuajo se convierte en rana, las células de su cola sufren apoptosis, lo que provoca la desaparición de la cola.

La apoptosis también ayuda a regular el crecimiento celular en los tejidos adultos. Sin este equilibrio, el tejido se expandiría o contraería. Supongamos que se extirpa una parte del hígado de una rata adulta: las células del hígado crecen para compensar la pérdida. Supongamos ahora que el mismo hígado de rata se trata con el fármaco fenobarbital, que estimula el crecimiento celular en el hígado y acaba provocando su agrandamiento.

Cuando se interrumpe el tratamiento, la tasa de apoptosis aumenta hasta que el hígado vuelve a su tamaño anterior. Este ejemplo muestra cómo la regulación tanto de la tasa de muerte celular como de la tasa de crecimiento celular mantiene órganos como el hígado a un tamaño constante.

Respuesta celular del sistema inmunitario

¿Cómo permiten las células del sistema inmunitario, llamadas células T , la respuesta del sistema inmunitario del organismo? Aunque este mecanismo no se comprende del todo, los investigadores plantearon la hipótesis de que cuando un receptor de una célula T reconoce un antígeno, como una proteína vírica, desencadena una respuesta inmunitaria.

En primer lugar, el receptor de la célula T experimenta cambios conformacionales desde el sitio de reconocimiento del antígeno situado fuera de la célula hasta un sitio de señalización dentro de la célula.

A continuación, se desencadena una cascada de señal ización dentro de la célula T, que desencadena diversas respuestas celulares, como el reclutamiento de otras células inmunitarias, la proliferación y diferenciación de células T o la eliminación de células infectadas o cancerosas.