V. RECEPTORES CON ACTIVIDAD ENZIM�TICA
EN ESTE CAP�TULO revisaremos el caso de algunos receptores hormonales que poseen actividad enzim�tica. Existen ya diversos subtipos entre ellos y seguramente se encontrar�n m�s en un futuro no muy distante. Estos receptores se dividen en varios subgrupos: a) los receptores fosforiladores, es decir que tienen actividad de prote�na cinasa; b) los receptores que tienen actividad de prote�na fosfatasa, y c) los que tienen actividad de guanilil ciclasa.
Durante los �ltimos a�os se ha reportado que algunos receptores como el de la insulina o el del factor de crecimiento epid�rmico poseen, en su estructura, actividades enzim�ticas de prote�na cinasa; es decir, que tienen la capacidad de fosforilar a otras prote�nas y aun a s� mismos. Aunque la evidencia es incompleta, es muy posible que esta actividad de fosforilaci�n sea fundamental para la propagaci�n intracelular de la se�al. Las hormonas, al activar al receptor, aumentan su actividad enzim�tica de prote�na cinasa causando, en muchos casos, la fosforilaci�n del mismo receptor (autofosforilaci�n). Como discutimos en el cap�tulo anterior, la funci�n b�sica de los segundos mensajeros es activar a prote�nas cinasas, las cuales, a su vez, fosforilan a otras prote�nas para modificar su actividad, realiz�ndose as� la propagaci�n intracelular de la se�al. As�, en el caso de estos receptores, con actividad de prote�na cinasa, parecer�a que la naturaleza se salt� el paso de la generaci�n del segundo mensajero. Aqu� el agonista activa directamente a una enzima fosforilante: el mismo receptor.
Pero veamos con mayor detalle a estos receptores con algunos ejemplos de los mejor estudiados. Debo mencionar aqu� que existen receptores con actividad de tirosina cinasa, es decir, que fosforilan a prote�nas en residuos de tirosina, otros con actividad de serinaltreonina cinasa, es decir que fosforilan a las prote�nas en estos amino�cidos. Adem�s voy a incluir aqu� a unos receptores que no tienen propiamente actividad enzim�tica pero que parecen unirse a prote�nas cinasas itinerantes que est�n libres en el citoplasma.
Dentro de los receptores con actividad de tirosina cinasa podemos mencionar a los receptores de la insulina, del factor de crecimiento epid�rmico y del factor de crecimiento derivado de las plaquetas (PDGF). Estos receptores tienen una porci�n extracelular con la que fijan al ligando, una zona transmembranal y la porci�n citopl�smica. En el caso de los receptores para el factor de crecimiento epid�rmico y del derivado de plaquetas, se trata de una sola cadena polipept�dica. En el caso del receptor de la insulina, �ste est� formado por dos cadenas denominadas beta (parecidas a los receptores mencionados anteriormente) y dos subunidades alfa localizadas en el exterior celular; estas cuatro cadenas est�n unidas por puentes disulfuro (uni�n a trav�s de dos �tomos de azufre).
Todos estos receptores, al ser activados, se autofosforilan; es decir que un receptor fosforila a otro igual, y esto ocurre en varios lugares. Al fosforilarse ese dominio es como si le cambiase la cara a la zona; despu�s de fosforilarse adquiere una enorme afinidad por una serie de prote�nas que se fijan al receptor formando un enorme complejo (v�ase la figura 10). Estos lugares han sido identificados y corresponden a dominios llamados SH-2. Entre las prote�nas que se han identificado est�n una prote�na cinasa citopl�smica llamada Src, la fosfolipasa C gamma y otras prote�nas sin actividad propiamente dicha pero que permiten que otras nuevas prote�nas se acoplen al complejo (como por ejemplo la prote�na p85 que permite que se acople a la subunidad catal�tica de la fosfatidilinositol-3-cinasa). El grado de complejidad que se presenta parece ser muy importante y la descripci�n detallada de cada paso rebasa los objetivos de este libro. Baste, pues, quedarnos con la idea de que al activarse este tipo de receptores se autofosforilan en algunas de sus tirosinas, que estas tirosinas fosforiladas son cr�ticas para que se una, directamente o por medio de otras prote�nas intermedias, una serie de enzimas que aumentan su actividad y que as� conducen a los efectos finales.
Es importante mencionar que en ciertos casos vamos entendiendo c�mo se producen los efectos de estas hormonas. As�, ahora sabemos que una de las prote�nas que participa en este complejo de activaci�n es la fosfolipasa C gamma, que es fosforilada al estimular su actividad. Ello conduce a un aumento en el sistema de transducci�n de los fosfoinos�tidos, que revisamos anteriormente, por un proceso diferente. Otra de las prote�nas que se activa por la formaci�n de estos complejos es la MAP cinasa (Mitogen Activated Protein Kinase) que viaja al n�cleo para favorecer la expresi�n de algunos genes de respuesta r�pida. Recu�rdese que los receptores de los que hemos estado hablando, incluyendo el de la insulina, corresponden a receptores para mensajeros que son factores de crecimiento.
Figura 10. Representaci�n de algunos receptores con actividad de tirosina
cinasa (A) y del mecanismo de acci�n m�s aceptado (parte inferior, B). EGF,
factor de crecimiento epid�rmico; PDGF, factor de crecimiento
derivado de las plaquetas.
Parece incre�ble, pero aunque se descubri� la insulina a principios del siglo, tom� muchos a�os conocer a su receptor. Ahora que ya conocemos muchos de los detalles estructurales del receptor y que el gen que lo codifica ha sido donado, expresado y mutado, pr�cticamente al gusto, apenas nos empezamos a asomar al funcionamiento detallado del mismo y sus implicaciones en la salud y en la enfermedad. Sin duda, �ste es otro campo que a�n necesita mucho trabajo y en el que los descubrimientos tendr�n importancia para conocer las alteraciones que se producen en padecimientos tan distintos como la diabetes o el c�ncer.
Los receptores para los factores de crecimiento y transformaci�n beta (TGF
B) son quiz� de los mejor conocidos entre los receptores con actividad de serinaltreonina
cinasa. Estos factores, como su nombre lo indica, participan en la regulaci�n
del ciclo celular de muchas de nuestras c�lulas, controlando su proliferaci�n
y su diferenciaci�n. Son prote�nas enormemente especializadas y de las cuales
no se sab�a pr�cticamente nada hace unos a�os. De hecho el mecanismo propuesto
para su acci�n, que mencionar� a continuaci�n, fue publicado en 1995 (v�ase
la figura 11)
Existen tres tipos de receptores para los factores de crecimiento y transformaci�n B, cada uno de ellos con acciones diferentes. El receptor tipo III o beta-glicano no tiene actividad, se ha propuesto que sirve como "antena" que captura a los factores y los pasa a los otros receptores. Tanto los receptores tipo I como los tipo II son prote�nas que atraviesan la membrana en una ocasi�n; tienen por lo tanto un dominio extracelular, uno transmembranal y un dominio citopl�smico. El receptor II que tiene actividad de serina/treonina cinasa, fija al mensajero (TGF B). Esta fijaci�n aparentemente no activa al receptor, pero permite que se forme un puente receptor tipo II-TGF B-receptor tipo I, en la superficie de la c�lula, lo cual hace que exista la distancia adecuada para que el receptor II fosforile al I y as� se inicie el procesamiento de la se�al en el interior. No sabemos a�n qu� pasos siguen para conducir a los efectos finales, lo cual convierte a este aspecto en un terreno de estudio enormemente atractivo. Seguramente en los pr�ximos a�os se aclarar� mucho m�s. Al ver el mecanismo de acci�n de estos receptores no deja uno de pensar que se parecen a nuestros pol�ticos. Pensemos en dos de ellos que reciben un documento, lo toman y se abrazan, felicit�ndose (en la superficie), para enviarse patadas (fosforilaciones) por debajo de la mesa.
Figura 11. Representaci�n de los receptores tipo I y II para el factor
de crecimiento y transformaci�n B (TGF B) y su mecanismo de acci�n
propuesto.
Existen algunos receptores como los de la prolactina o los de la hormona de crecimiento que est�n formados, como en los casos anteriores, por una porci�n extracelular que fija a la hormona, una transmembranal y una intracelular. Sorprendentemente, la porci�n intracelular es bastante peque�a y no se le ha podido detectar actividad enzim�tica alguna. Sin embargo, cuando purificamos el receptor se encuentra asociado con una actividad de prote�na cinasa. La interpretaci�n que se ha hecho de estos hallazgos es la suposici�n de que estos receptores se asocian con prote�nas cinasas itinerantes, que se encuentran libres en el citoplasma, como esperando ser llamadas por los receptores activos. Como podr� suponer el lector es mucho lo que falta a�n por aclararse sobre la acci�n de estos receptores.
B) RECEPTORES CON ACTIVIDAD DE PROTE�NA FOSFATASA
Las fosfatasas de prote�na son las enzimas encargadas de quitar el fosfato que colocaron las prote�nas cinasas en las prote�nas. Las fosfatasas tambi�n se han especializado, y existen fosfatasas que quitan el fosfato en residuos de serina y treonina y otras que lo hacen en residuos de tirosina. Nos interesan particularmente estas �ltimas.
Existen fosfatasas de tirosina solubles y otras que se encuentran ancladas a la membrana. Sin embargo lo que ha resultado particularmente interesante es que algunas de las fosfatasas de tirosina membranales tienen una estructura que parece corresponder a un receptor. As�, el ant�geno com�n de los leucocitos, llamado CD45 parece tener la estructura propia de un receptor. Este ant�geno CD45 es una glucoprote�na abundante en c�lulas hemotopoy�ticas, consiste en un largo segmento extracelular, una porci�n corta trasmembranal y un segmento largo intracelular con la actividad de prote�na fosfatasa de tirosina. En este momento a�n no sabemos con precisi�n qu� papel juega este receptor ni cu�l es su activador natural. Por estudios con mutantes, carentes de esta fosfatasa, sabemos que en estas c�lulas se altera la respuesta a ant�genos, proceso important�simo en el sistema inmune. Se ha propuesto la posibilidad de que no sea un ligando soluble el que interact�e con el CD45, sino una mol�cula de la superficie de otras c�lulas, es decir, que pudiera participar en un tipo de comunicaci�n yuxtacrina. La asociaci�n f�sica entre c�lulas del sistema inmune parece jugar un papel muy importante en los procesos de diferenciaci�n celular y procesamiento de los ant�genos, por lo que esta posibilidad, aunque todav�a especulativa, resulta de gran inter�s.
C) RECEPTORES CON ACTIVIDAD DE GUANILIL CICLASA Y EL SISTEMA DEL �XIDO N�TRICO (NO)
A ra�z del descubrimiento del AMP c�clico se investig� si otras mol�culas similares pod�an funcionar como segundos mensajeros. As�, fue descubierto el GMP c�clico y la capacidad de este nucle�tido de activar a una prote�na cinasa, la prote�na cinasa G. Esto caus� una gran emotividad en el campo, y pronto aparecieron reportes que asociaban cambios en la concentraci�n del GMP c�clico bajo la acci�n de muy diversas hormonas.
Sin embargo, a este periodo de motivaci�n sigui� una larga etapa en la que
resultaba muy dif�cil establecer la correlaci�n entre los niveles de GMP
c�clico y la acci�n de determinados agentes. Muchos investigadores abandonaron
esta l�nea de trabajo. Una de las mayores complicaciones resultaba la existencia
de diversas formas de guanilil ciclasa, unas solubles y otras asociadas a la
membrana plasm�tica.
Nos ocuparemos primero de las formas membranales que son receptores. Antes
debemos decir que el coraz�n no es s�lo la bomba que, los cardi�logos nos dicen,
sostiene la circulaci�n de nuestra sangre; es tambi�n una gl�ndula. S�, una
gl�ndula. En la aur�cula se producen y secretan una serie de p�ptidos conocidos
como factores natriur�ticos auriculares. Estos p�ptidos reciben el nombre de
natriur�ticos porque favorecen la eliminaci�n urinaria de sodio. Adem�s de esta
funci�n, son poderosos vasodilatadores ya que inducen relajaci�n de la capa
muscular de los vasos. Pronto se logr� obtener evidencia de que al activar a
las c�lulas musculares con estos factores natriur�ticos auriculares se induc�a
un claro aumento en los niveles intracelulares de GMP c�clico y
que si se met�a GMP c�clico ex�geno a las c�lulas, se produc�an
los mismos efectos que los que causaba el factor natriur�tico auricular. Agua
pasa por mi casa... Todo se�alaba pues, que el factor natriur�tico activaba
a su receptor y esto conduc�a de alguna manera a la activaci�n de la guanilil
ciclasa y que era el GMP c�clico el segundo mensajero mediador
de las acciones del p�ptido. Pero �c�mo se comunica el referido receptor con
la mencionada guanilil ciclasa? Lo m�s interesante es que por estudios de purificaci�n
se observ� que los receptores para estos factores copurificaban con la ciclasa
y resultaba imposible el separar a uno de la otra. Estos datos suger�an la posibilidad
de que ambos fueran la misma cosa, es decir, que el receptor tuviese la actividad
de guanilil ciclasa. La obtenci�n del gen para el receptor y su expresi�n fueron
fundamentales para confirmar esta hip�tesis. As�, hoy sabemos que los receptores
de este tipo poseen una larga porci�n extracelular con la que interact�an con
estos factores, una breve zona transmembranal y el segmento intracelular donde
se encuentra la guanilil ciclasa (v�ase la figura 12).
Vale la pena mencionar, que la fecundaci�n en los erizos de mar requiere la interacci�n de un p�ptido con su receptor en el espermatozoide; dicho receptor es tambi�n una guanilil ciclasa y fue important�simo donar el gen que codifica para este receptor del espermatozoide del erizo de mar, para posteriormente poder hacer lo mismo con el receptor del p�ptido natriur�tico de los mam�feros.
Existe una guanilil ciclasa membranal en el cerebro que responde a un p�ptido llamado "factor natriur�tico cerebral" y cuyas funciones se est�n estudiando ampliamente en estos momentos. Olvidaba mencionar que existe otra guanilil ciclasa membranal que se asocia a algunos componentes del citoesqueleto, y que se encuentra presente en las c�lulas intestinales. All� es activada por la toxina estable (SE) de la Escherichia coli; esta toxina, a trav�s de su acci�n sobre esta guanilil ciclasa, participa como una de las causas de la diarrea de los turistas, que ya mencionamos en cap�tulos anteriores. No sabemos mucho m�s, pero queda claro que esa guanilil ciclasa no est� all� por si llega la toxina; lo m�s probable es que exista un mediador natural, a�n no claramente identificado, indicando que lo que hace la toxina para causar el mal es abusar de un sistema de comunicaci�n fisiol�gico intestinal. Hay mucho por investigar, �no es cierto?
Pero �qu� funci�n tiene entonces la guanilil ciclasa soluble? Aqu� han coincidido dos l�neas de investigaci�n que al integrarse han resultado un interesant�simo sistema de comunicaci�n paracrina. Por un lado, desde hace mucho se sabe que algunos compuestos con grupos nitro (como la nitroglicerina) son potentes vasodilatadores ya que inducen relajaci�n muscular. Los m�dicos, desde hace muchos a�os, recetan a algunos de sus pacientes este tipo de compuestos para relajar las arterias coronarias y mejorar la circulaci�n cardiaca. Este tipo de compuestos activan la guanilil ciclasa citopl�smica. Por supuesto, la madre naturaleza no se ha preocupado en poner all� a esa enzima para que sea activada por los medicamentos que los m�dicos receten. Debe tener una funci�n natural, algo que la active. Pero... �qu�?
Aqu� es donde aparece la segunda l�nea de investigaci�n. Se hab�a observado que algunos agentes son capaces de inducir la relajaci�n de vasos sangu�neos, pero que esto s�lo ocurre si el endotelio (la capa de c�lulas que recubre por dentro a los vasos) est� intacto. De tal suerte, que se pens� que un factor del endotelio sal�a de estas c�lulas para actuar sobre las c�lulas musculares de los vasos e inducir su relajaci�n. Pas� un muy buen n�mero de a�os antes de que se descubriera que el �xido n�trico (NO) es el mediador. Este compuesto es sumamente inestable y r�pidamente desaparece de la circulaci�n.
Pongamos ahora las dos historias juntas. Bajo la acci�n de algunas hormonas, el endotelio fabrica el �xido n�trico que viaja a las c�lulas musculares para activar a la guanilil ciclasa, produci�ndose GMP c�clico que, al activar la prote�na cinasa G, conduce a los efectos observados (v�ase la figura 12). Debo mencionar que este sistema de comunicaci�n paracrino (NO-guanilil ciclasa) no s�lo participa en el control de la circulaci�n, sino que tiene importantes funciones en muy diversos territorios de nuestro organismo.
Figura 12. En la parte superior (A) se encuentra una representaci�n de
la activaci�n de la guanilil ciclasa membranal (receptor para el factor natriur�tico
auricular, ANF) y en la parte inferior (B) la activaci�n paracrina de la guanilil
ciclasa citopl�smica por el �xido n�trico (NO), NOS representa a la enzima que
sintetiza al NO.
