I. LOS MESAJEROS DE LAS C�LULAS

A) NECESIDAD DE LA COMUNICACI�N CELULAR

UNA DE LAS CARACTER�STICAS ESENCIALES de los seres vivos es su capacidad de ajustarse a las condiciones que les presenta el medio; a esta caracter�stica se la llama plasticidad. Dicha plasticidad es vital para las c�lulas, ya que, de no existir, sus posibilidades de sobrevivencia ser�an muy escasas. De hecho, la extinci�n de una especie indica que se sobrepas� su capacidad de ajuste. Imag�nese por un momento a una c�lula o a un organismo sencillo en un medio espec�fico; ahora, lo colocamos en otro de composici�n diferente. �Qu� suceder�? En primer lugar, el organismo deber� percatarse del cambio y luego realizar los ajustes necesarios para continuar llevando a cabo sus funciones fundamentales. Ello implica que tiene la capacidad de "percibir", "escuchar" o "sentir" los cambios que se producen y de "responder" a ellos.

Si pensamos en organismos m�s complejos, como nosotros, por ejemplo, se ver� que las c�lulas que nos forman se encuentran rodeadas por un medio (el l�quido extracelular o medio interno), cuya composici�n var�a, aunque dentro de l�mites relativamente estrechos. Estas c�lulas tambi�n est�n "escuchando" y "respondiendo" a dichos cambios. Ahora bien; si consideramos al individuo como un todo, nos resulta obvio que el conjunto de c�lulas que lo forman debe responder en una forma global, coordinada y armoniosa. Dado que estamos pensando en millones de c�lulas, dicha coordinaci�n y armon�a s�lo puede lograrse mediante un ampl�simo sistema de comunicaci�n celular. Pongamos un ejemplo: imaginemos a un ilustre capitalino gozando de unas merecidas vacaciones en una de las hermosas playas de nuestra Rep�blica Mexicana. Nuestro capitalino est� c�modamente recostado disfrutando del Sol y las bellezas del lugar; de repente, observa que el oleaje aumenta y que va a ser cubierto por el mar. Es evidente que no permanecer� tranquilo, de inmediato parecer� que los ojos se salen de sus �rbitas; la frecuencia y la fuerza de contracci�n de su coraz�n aumentar�n, as� como la amplitud de su respiraci�n. Instantes despu�s, har� todos los movimientos necesarios para poner "pies en polvorosa", alej�ndose del peligro. Adem�s, le ocurrir�n much�simos otros cambios, la mayor�a totalmente imperceptibles para �l, pero sumamente importantes para permitir la respuesta global de su organismo: aumentar� su tensi�n arterial, su sudoraci�n, la concentraci�n de combustibles (como los az�cares y las grasas) en su sangre, etc. Se dir�a que casi la totalidad de sus c�lulas se enteraron del acontecimiento y respondieron coordinadamente. Pero �c�mo se enteraron? Esto ocurri� a trav�s de una enorme, r�pida y compleja red de comunicaci�n celular, que se realiza y coordina por medio de dos grandes sistemas: el sistema nervioso y el sistema hormonal o endocrino. Ambos operan b�sicamente por medio de mensajes qu�micos.

B) �TODAS LAS C�LULAS SE COMUNICAN?

Cabe aclarar un aspecto importante. Podr�a pensarse que s�lo los organismos complejos, pluricelulares, establecen comunicaci�n, pero no es as�. Muchos organismos sencillos, unicelulares, tambi�n lo hacen. Como en el caso de algunos mohos que pueden vivir tanto en forma unicelular (amiboidea) como formando estructuras m�s complejas (el moho propiamente dicho), dependiendo de las condiciones que se les presenten. En este ejemplo, las c�lulas libres detectan los cambios en el medio y secretan mensajeros. Estos mensajeros llegan a otras c�lulas que, en respuesta, se agregan y se van diferenciando hasta formar las estructuras del moho.

Dec�amos anteriormente que en los organismos pluricelulares la comunicaci�n se realiza y coordina por medio de dos sistemas: el nervioso y el endocrino u hormonal. En realidad la interrelaci�n entre ambos es tan estrecha, que pueden considerarse como uno solo: el gran sistema neuroendocrino. Este sistema capta los cambios en el medio externo, ajusta el medio interno y permite la acci�n de cada c�lula de forma tal que la respuesta global se integre. Es �ste, pues, el comunicador y coordinador por excelencia. Sin embargo, considerar que el sistema neuroendocrino s�lo interviene en la comunicaci�n ser�a un grave error. En realidad hay comunicaci�n celular entre todas las c�lulas y en todos los �mbitos como se ver� m�s adelante. Por ejemplo, cuando nos enfrentamos a una infecci�n hay una respuesta neuroendocrina global, pero adem�s los muy diversos tipos de c�lulas de nuestro sistema inmune realizan una enorme labor para combatirla. En esta lucha participa una intrincad�sima red de comunicaci�n celular.

C) FORMAS EN LAS QUE OPERA LA COMUNICACI�N CELULAR

Ahora se analizar�n brevemente las seis principales formas en que opera la comunicaci�n celular (ilustradas en la figura I):

I) En el caso de la comunicaci�n endocrina u hormonal, las c�lulas de las gl�ndulas de secreci�n interna (como la hip�fisis, la tiroides, los islotes del p�ncreas, las suprarrenales, los ovarios y los test�culos) vierten su mensajero, es decir, las hormonas, al torrente circulatorio. Una vez en la sangre, estas hormonas circulan por todo el organismo e interact�an con algunas c�lulas que son "receptoras" para un mensajero dado, las cuales se llaman "c�lulas blanco". Ello indica que el mensajero es selectivo, esto es, que va dirigido �nicamente a algunas c�lulas que pueden "escucharlo". M�s adelante se ver� de qu� depende esta capacidad de "audici�n selectiva" de las c�lulas.

2) En la neurotransmisi�n, es decir, la comunicaci�n qu�mica a trav�s de las c�lulas nerviosas, las neuronas con sus largos axones est�n muy cercanas a las c�lulas con las que se comunican. La membrana externa de la neurona est� "casi en contacto" con la membrana externa de la c�lula. Este "casi contacto" es una estructura especializada a la que llamamos sinapsis; en ella hay un espacio (el espacio sin�ptico) que separa a una c�lula de la otra. El flujo o sentido de la informaci�n es unidireccional y va de la neurona, o c�lula presin�ptica (que est� antes de la sinapsis), a la c�lula receptora o postsin�ptica. En esta forma de comunicaci�n, la c�lula presin�ptica vierte su mensaje (al cual llamaremos neurotransmisor) al espacio sin�ptico, y �ste viaja e interacciona con la c�lula postsin�ptica, la cual lo recibe y responde.

Figura 1. Formas de comunicaci�n por mensajeros qu�micos: a) comunicaci�n endocrina, b) neurotransmisi�n, c) neurosecreci�n, d) comunicaci�n paracrina, e) comunicaci�n yuxtacrina y f) comunicaci�n autocrina.

3) Existe una variedad de comunicaci�n que es una mezcla de las dos anteriores: la llamada secreci�n neuroendocrina o neurosecreci�n. En este caso, una c�lula formada a partir de tejido nervioso secreta su mensaje a la circulaci�n. La neurohormona viaja en el torrente sangu�neo para interaccionar con c�lulas receptoras o "blanco".

4) La comunicaci�n que se produce entre c�lulas relativamente cercanas, sin que para ello exista una estructura especializada (como es el caso de la sinapsis), recibe el nombre de paracrina. Esta comunicaci�n tiene un car�cter netamente local. Pongamos un ejemplo: imag�nese que ocurre la ruptura de un peque�o vaso sangu�neo; inmediatamente se produce la liberaci�n de algunos compuestos (mensajeros) que ocasionan una agregaci�n de plaquetas en el sitio de ruptura. Las plaquetas, a su vez, secretan una serie de mensajeros que van a producir nuevos efectos: har�n que otras plaquetas se agreguen, favoreciendo la formaci�n de un co�gulo, y estimular�n la contracci�n de las c�lulas musculares del vaso sangu�neo. Todo ello es un organizado sistema de se�ales intercelulares tendientes a un fin espec�fico: impedir la p�rdida de sangre. N�tese que se ha hablado de comunicaci�n entre varios tipos de c�lulas: las que cubren la superficie del vaso sangu�neo (endotelio), de las plaquetas y de las c�lulas musculares del mismo vaso. Hay muchas otras c�lulas que participan en este fen�meno y que para simplificar no se han mencionado. Es un proceso sencillo, local, y tambi�n se ha hablado de comunicaci�n entre varios tipos de c�lulas mediante diversos mensajeros. Algunos de �stos son las llamadas hormonas locales o mediadores locales; se les ha dado el nombre de autacoides (que proviene del griego autos = propia y akos = remedio, y que pretende dar la idea de que son sustancias que se producen en el mismo organismo para su propia curaci�n o alivio).

5) Comunicaci�n yuxtacrina es el nombre que el doctor Joan Massagu� ha dado a una forma de comunicaci�n que existe entre c�lulas adyacentes, donde hay mol�culas andadas a la cara externa de la superficie de una c�lula que hacen contacto con sreceptores localizados en la membrana de una c�lula contigua. Es interesante que, a diferencia de los otros sistemas, este factor est� anclado y por lo tanto no difunde en el medio. Quiz� el mejor ejemplo para ilustrar este tipo de comunicaci�n es el que ejerce el Factor de Crecimiento y Transformaci�n alfa (TGF-a) que como su nombre indica, es un importante mensajero que regula el crecimiento y la diferenciaci�n de muchas c�lulas.

6) Por �ltimo, existe la autocomunicaci�n o comunicaci�n autocrina, en la que una c�lula se comunica consigo misma, es decir, establece una especie de mon�logo. Esta forma de comunicaci�n podr�a parecer extra�a, pero es muy importante. V�anse los siguientes ejemplos: a) se coment�, algunos p�rrafos arriba, que en la neurotransmisi�n la c�lula presin�ptica libera al mensajero para que act�e sobre la c�lula postsin�ptica; ahora bien, este mismo mensajero va a actuar sobre la c�lula presin�ptica (o sea aquella que lo liber�) para "avisarle" que todav�a hay neurotransmisor en el espacio sin�ptico y as� evitar una nueva descarga de mensajero; b) algunas c�lulas que liberan factores de crecimiento y proliferaci�n, que act�an sobre ellas mismas, favoreciendo que se multipliquen. En algunos tipos de c�ncer las c�lulas producen estos factores en forma continua, no controlada, lo cual hace que estas c�lulas se reproduzcan desordenadamente.

D) �EXISTE UN TIPO DE MENSAJERO PARA CADA VARIEDAD DE COMUNICACI�N CELULAR?

Vale la pena mencionar aqu� que las c�lulas son sumamente vers�tiles y eficientes, de modo que una misma sustancia puede participar en varias de estas formas de comunicaci�n. Analicemos, por ejemplo, el caso de la adrenalina (o epinefrina). Esta sustancia es una hormona producida por la m�dula de la gl�ndula suprarrenal (comunicaci�n endocrina), pero tambi�n es un neurotransmisor que act�a sobre c�lulas postsin�pticas (neurotransmisi�n) y sobre la misma c�lula que la liber� (comunicaci�n autocrina en un sentido general).

Otro caso interesante es el del Factor de Crecimiento y Transformaci�n alfa al que ya me he referido en un p�rrafo anterior. Dec�amos que este factor se encuentra anclado a la membrana de algunas c�lulas para realizar la comunicaci�n yuxtacrina; sin embargo, existen condiciones en que la c�lula lo libera para que act�e no s�lo sobre la c�lula inmediata adyacente, sino que difunde por el medio extracelular para actuar sobre otras c�lulas cercanas (comunicaci�n paracrina). Se podr�a pensar que la c�lula ha usado una misma sustancia para realizar diferentes trabajos; de hecho as� es, aunque esencialmente es uno solo: servir como veh�culo de comunicaci�n celular.

Otro aspecto interesante es que una misma c�lula puede ser sujeto de varios de estos tipos de comunicaci�n.

E) �C�MO SON LOS MENSAJEROS CELULARES?

Las sustancias que participan como mensajeros celulares pueden tener una naturaleza qu�mica muy variada; sin embargo, se pueden agrupar en tres clases fundamentales: los l�pidos (entre los que se encuentran los esteroides y las prostaglandinas) los de naturaleza polipept�dica y las aminas.

Los esteroides son l�pidos con una estructura qu�mica semejante a la del colesterol (v�ase la figura 2); de hecho, se sintetizan en las diversas gl�ndulas a partir del colesterol. Entre los esteroides m�s importantes tenemos los siguientes: a) las hormonas sexuales masculinas y femeninas, b) los esteroides producidos por la corteza de las gl�ndulas suprarrenales que regulan el metabolismo de la glucosa (cortisol y cortisona) y el manejo de iones como el sodio y el potasio (aldosterona), y c) una vitamina que es una prohormona: la vitamina D o calciferol.

Figura 2. Estructura del colesterol y de dos hormonas, una hormona sexual femenina (estrona) y otra masculina (testosterona).

En la figura 2 se ilustran las estructuras qu�micas del colesterol, de una hormona sexual femenina y de una hormona sexual masculina. Estas hormonas se encargan de la maduraci�n del organismo para que pueda efectuar sus funciones reproductivas; son en gran parte responsables de las diferencias que se observan entre machos y hembras de una misma especie, es decir, del dimorfismo sexual. Un experimento sencillo que se realiza frecuentemente en los laboratorios de ense�anza media es administrar hormonas sexuales masculinas a pollitos de pocos d�as de nacidos. Lo que se observa es que despu�s de algunas semanas se produce en ellos un desarrollo precoz. No ocurre lo mismo si se administra colesterol u otra hormona, lo cual nos lleva a una consideraci�n importante. Si se observan las estructuras de la figura 2 se notar� que existen much�simas semejanzas; de hecho, a primera vista, las f�rmulas son muy parecidas, pero producen efectos muy diferentes, esto es, llevan mensajes diferentes. Pensemos en la sutil capacidad de reconocimiento de las c�lulas para lograr diferenciar estas substancias y que se produzcan los efectos deseados.

Otro tipo de hormonas son los polip�ptidos. Estos compuestos est�n formados por la uni�n de muchos amino�cidos, los cuales se unen unos con otros mediante un enlace que llamamos pept�dico (de ah� el nombre de polip�ptidos, muchos enlaces pept�dicos); cuando los polip�ptidos son muy grandes (es decir, que rebasan un cierto peso molecular) se les llama prote�nas. Dentro del grupo formado por los polip�ptidos y las prote�nas existen muchos tipos diferentes de mensajeros, como la insulina, el glucagon, la hormona antidiur�tica, la oxitocina, la angiotensina, los factores de liberaci�n de las hormonas hipofisiarias, las endorfinas, los factores de crecimiento y de transformaci�n, etc. Las c�lulas tambi�n tienen la capacidad de distinguir a todos estos mensajeros. Esta capacidad puede llegar a ser tan exquisita como para poder diferenciar el cambio en un solo amino�cido. Hagamos una analog�a para hacerlo m�s claro; comp�rese al mensajero con una pared formada por m�ltiples ladrillos (los amino�cidos), la cual tiene discretas diferencias en color y forma; una c�lula puede distinguir entre dos "paredes" en las que la disparidad est� en un solo "ladrillo". Esta capacidad de distinguir entre los muchos mensajeros puede ser absoluta, como en los casos anteriores; o relativa, es decir; en un caso dado, una c�lula puede "confundir" a un mensajero "A" con uno "B", principalmente cuando las cantidades del mensajero son grandes.

Otro tipo de hormonas son las aminas, compuestos que contienen nitr�geno unido a dos hidr�genos (-NH2). Dentro de los mensajeros que son aminas hay algunos amino�cidos como el glut�mico, el asp�rtico y la glicina, y productos del metabolismo de amino�cidos, esto es, de su transformaci�n en el organismo. Entre estos �ltimos est�n las hormonas tiroideas, la adrenalina, la serotonina, la histamina y la dopamina, entre otros. Adem�s hay algunos compuestos sencillos como la acetilcolina.

La mayor�a de estos mensajeros fueron descubiertos entre 1890 y 1930 en extractos de gl�ndulas. Al mejorarse las t�cnicas bioqu�micas pudieron ser purificados; esto ocurri� entre 1920 y 1960, y su estructura qu�mica fue determinada entre 1930 y 1970. Por ejemplo, hace 100 a�os, en 1895, Oliver y Sch�fer descubrieron que un extracto de gl�ndula suprarrenal era capaz de incrementar la tensi�n arterial; en 1899, Abel bautizaba al principio activo, es decir, a la sustancia responsable del efecto, con el nombre de epinefrina (adrenalina), y ya en 1901 su estructura era conocida. Pero no todo esto es obra de un pasado relativamente remoto; no fue sino hasta 1931 que dos ginec�logos estadounidenses, Kurzrok y Lieb, descubrieron que el semen produc�a la contracci�n de tiras de �tero. A�os m�s tarde, en 1935, Euler y Goldblatt reportaron que esta actividad se observaba tambi�n en el l�quido de la pr�stata (de all� el nombre de prostaglandinas que recibieron estos compuestos). Su estructura fue elucidada en 1962 y contin�a siendo un activ�simo campo de estudio.

En los �ltimos 10 a�os, algunos factores de crecimiento han podido ser identificados y purificados, y su estructura qu�mica ha sido determinada; sin embargo, much�simos m�s deben estar a�n por identificarse. Esta es un �rea muy joven y en plena expansi�n. Apenas nos estamos asomando a los secretos de la comunicaci�n celular y, por tanto, muchos mensajeros est�n por descubrirse. El lector ver� m�s adelante que lo que sabemos ahora es s�lo una min�scula fracci�n de lo que quisi�ramos saber, y que, contrariamente a lo que se pudiera pensar, no todo est� hecho; hay miles de cosas por descubrir, por lo que este campo de la ciencia se vuelve m�s interesante cada d�a.