Comunicación celular

En biología, la señalización celular (cell signaling en inglés) o comunicación celular es la capacidad de una célula para recibir, procesar y transmitir señales con su entorno y consigo misma. La señalización celular es una propiedad fundamental de toda vida celular en procariotas y eucariotas.Las señales que se originan desde el exterior de una célula (o señales extracelulares) pueden ser agentes físicos como presión mecánica, voltaje, temperatura, luz o señales químicas (p. ej., moléculas pequeñas, péptidos o gases). Las señales químicas pueden ser hidrofóbicas o hidrofílicas. La señalización celular puede ocurrir en distancias cortas o largas y, como resultado, puede clasificarse como autocrina, yuxtacrina, intracrina, paracrina o endocrina. Las moléculas de señalización se pueden sintetizar a partir de varias vías biosintéticas y liberarse a través de transportes pasivos o activos, o incluso a partir del daño celular.

Los receptores juegan un papel clave en la señalización celular, ya que son capaces de detectar señales químicas o estímulos físicos. Los receptores son generalmente proteínas ubicadas en la superficie celular o en el interior de la célula, como el citoplasma, los orgánulos y el núcleo. Los receptores de la superficie celular generalmente se unen con señales extracelulares (o ligandos), lo que provoca un cambio conformacional en el receptor que lo lleva a iniciar la actividad enzimática oa abrir o cerrar la actividad del canal iónico. Algunos receptores no contienen dominios enzimáticos o similares a canales, sino que están vinculados a enzimas o transportadores. Otros receptores, como los receptores nucleares, tienen un mecanismo diferente, como cambiar sus propiedades de unión al ADN y la localización celular en el núcleo.

La transducción de señales comienza con la transformación (o transducción) de una señal en una señal química, que puede activar directamente un canal iónico (canal iónico activado por ligando) o iniciar una cascada de un segundo sistema de mensajeros que propaga la señal a través de la célula. Los sistemas de segundos mensajeros pueden amplificar una señal, en la que la activación de unos pocos receptores da como resultado la activación de múltiples mensajeros secundarios, lo que amplifica la señal inicial (el primer mensajero). Los efectos aguas abajo de estas vías de señalización pueden incluir actividades enzimáticas adicionales, como la escisión proteolítica, la fosforilación, la metilación y la ubiquitinilación.

Cada célula está programada para responder a moléculas de señal extracelulares específicas y es la base del desarrollo, la reparación de tejidos, la inmunidad y la homeostasis. Los errores en las interacciones de señalización pueden causar enfermedades como el cáncer, la autoinmunidad y la diabetes.

Rango taxonómico

En muchos organismos pequeños, como las bacterias, la detección de quórum permite que las personas comiencen una actividad solo cuando la población es lo suficientemente grande. Esta señalización entre células se observó por primera vez en la bacteria marina Aliivibrio fischeri, que produce luz cuando la población es lo suficientemente densa. El mecanismo implica la producción y detección de una molécula de señalización y la regulación de la transcripción génica en respuesta. La detección de quórum opera tanto en bacterias grampositivas como gramnegativas, y tanto dentro como entre especies.

En los mohos mucilaginosos, las células individuales conocidas como amebas se agregan para formar cuerpos fructíferos y eventualmente esporas, bajo la influencia de una señal química, originalmente llamada acrasina. Los individuos se mueven por quimiotaxis, es decir, son atraídos por el gradiente químico. Algunas especies usan AMP cíclico como señal; otros como Polysphondylium violaceum utilizan otras moléculas, en su caso el éster etílico de N-propionil-gamma-L-glutamil-L-ornitina-delta-lactama, apodado glorin.

En plantas y animales, la señalización entre células se produce ya sea a través de la liberación en el espacio extracelular, dividida en señalización paracrina (en distancias cortas) y señalización endocrina (en distancias largas), o por contacto directo, conocido como señalización yuxtacrina (p. ej., señalización de muesca). La señalización autocrina es un caso especial de señalización paracrina en el que la célula secretora tiene la capacidad de responder a la molécula de señalización secretada. La señalización sináptica es un caso especial de señalización paracrina (para sinapsis químicas) o señalización yuxtacrina (para sinapsis eléctricas) entre neuronas y células diana.

Señal extracelular

Síntesis y liberación

Muchas señales celulares son transportadas por moléculas que son liberadas por una célula y se mueven para hacer contacto con otra célula. Las moléculas de señalización pueden pertenecer a varias clases químicas: lípidos, fosfolípidos, aminoácidos, monoaminas, proteínas, glicoproteínas o gases. Las moléculas de señalización que se unen a los receptores de la superficie son generalmente grandes e hidrofílicas (p. ej., TRH, vasopresina, acetilcolina), mientras que las que ingresan a la célula son generalmente pequeñas e hidrofóbicas (p. ej., glucocorticoides, hormonas tiroideas, colecalciferol, ácido retinoico), pero existen numerosas excepciones importantes a ambos. y una misma molécula puede actuar tanto a través de receptores de superficie como de forma intracrina a diferentes efectos.En las células animales, células especializadas liberan estas hormonas y las envían a través del sistema circulatorio a otras partes del cuerpo. Luego llegan a las células objetivo, que pueden reconocer y responder a las hormonas y producir un resultado. Esto también se conoce como señalización endocrina. Los reguladores del crecimiento de las plantas, u hormonas vegetales, se mueven a través de las células o se difunden por el aire en forma de gas para alcanzar sus objetivos. El sulfuro de hidrógeno es producido en pequeñas cantidades por algunas células del cuerpo humano y tiene una serie de funciones de señalización biológica. Actualmente, solo se sabe que otros dos gases de este tipo actúan como moléculas de señalización en el cuerpo humano: el óxido nítrico y el monóxido de carbono.

Exocitosis

La exocitosis es el proceso por el cual una célula transporta moléculas como neurotransmisores y proteínas fuera de la célula. Como mecanismo de transporte activo, la exocitosis requiere el uso de energía para transportar material. Todas las células utilizan la exocitosis y su contraparte, la endocitosis, porque la mayoría de las sustancias químicas importantes para ellas son moléculas polares grandes que no pueden atravesar la porción hidrófoba de la membrana celular por medios pasivos. La exocitosis es el proceso por el cual se libera una gran cantidad de moléculas; por lo tanto, es una forma de transporte a granel. La exocitosis ocurre a través de portales secretores en la membrana plasmática celular llamados porosomas. Los porosomas son una estructura de lipoproteína permanente en forma de copa en la membrana plasmática de la célula, donde las vesículas secretoras se acoplan y fusionan transitoriamente para liberar el contenido intravesicular de la célula.

En la exocitosis, las vesículas secretoras unidas a la membrana se transportan a la membrana celular, donde se acoplan y fusionan en los porosomas y su contenido (es decir, moléculas solubles en agua) se secreta al entorno extracelular. Esta secreción es posible porque la vesícula se fusiona transitoriamente con la membrana plasmática. En el contexto de la neurotransmisión, los neurotransmisores normalmente se liberan desde las vesículas sinápticas hacia la hendidura sináptica a través de la exocitosis; sin embargo, los neurotransmisores también pueden liberarse mediante transporte inverso a través de proteínas de transporte de membrana.

Formularios

Autocrino

La señalización autocrina implica que una célula secrete una hormona o un mensajero químico (llamado agente autocrino) que se une a los receptores autocrinos en esa misma célula, lo que provoca cambios en la propia célula. Esto se puede contrastar con la señalización paracrina, la señalización intracrina o la señalización endocrina clásica.

Paracrino

En la señalización paracrina, una célula produce una señal para inducir cambios en las células cercanas, alterando el comportamiento de esas células. Las moléculas de señalización conocidas como factores paracrinos se difunden en una distancia relativamente corta (acción local), a diferencia de la señalización celular de los factores endocrinos, hormonas que recorren distancias considerablemente más largas a través del sistema circulatorio; interacciones yuxtacrinas; y señalización autocrina. Las células que producen factores paracrinos los secretan al entorno extracelular inmediato. Luego, los factores viajan a las celdas cercanas en las que el gradiente de factor recibido determina el resultado. Sin embargo, la distancia exacta que pueden viajar los factores paracrinos no es segura.

Las señales paracrinas, como el ácido retinoico, solo se dirigen a las células cercanas a la célula emisora. Los neurotransmisores representan otro ejemplo de una señal paracrina.

Algunas moléculas de señalización pueden funcionar como hormonas y como neurotransmisores. Por ejemplo, la epinefrina y la norepinefrina pueden funcionar como hormonas cuando se liberan de la glándula suprarrenal y se transportan al corazón a través del torrente sanguíneo. Las neuronas también pueden producir norepinefrina para que funcione como un neurotransmisor dentro del cerebro. El ovario puede liberar estrógeno y funcionar como una hormona o actuar localmente mediante señalización paracrina o autocrina.

Aunque la señalización paracrina provoca una serie diversa de respuestas en las células inducidas, la mayoría de los factores paracrinos utilizan un conjunto relativamente simplificado de vías y receptores. De hecho, se sabe que diferentes órganos del cuerpo, incluso entre especies diferentes, utilizan conjuntos similares de factores paracrinos en el desarrollo diferencial. Los receptores y vías altamente conservados se pueden organizar en cuatro familias principales basadas en estructuras similares: la familia del factor de crecimiento de fibroblastos (FGF), la familia Hedgehog, la familia Wnt y la superfamilia TGF-β. La unión de un factor paracrino a su respectivo receptor inicia cascadas de transducción de señales, provocando diferentes respuestas.

Endocrino

Las señales endocrinas se llaman hormonas. Las hormonas son producidas por células endocrinas y viajan a través de la sangre para llegar a todas las partes del cuerpo. La especificidad de la señalización se puede controlar si solo algunas células pueden responder a una hormona en particular. La señalización endocrina implica la liberación de hormonas por parte de las glándulas internas de un organismo directamente en el sistema circulatorio, regulando órganos diana distantes. En los vertebrados, el hipotálamo es el centro de control neural de todos los sistemas endocrinos. En los seres humanos, las principales glándulas endocrinas son la glándula tiroides y las glándulas suprarrenales. El estudio del sistema endocrino y sus trastornos se conoce como endocrinología.

Yuxtacrina

La señalización yuxtacrina es un tipo de señalización célula-célula o célula-matriz extracelular en organismos multicelulares que requiere un contacto cercano. Hay tres tipos:

1. Un ligando de membrana (proteína, oligosacárido, lípido) y una proteína de membrana de dos células adyacentes interactúan.
2. Una unión comunicante une los compartimentos intracelulares de dos células adyacentes, lo que permite el tránsito de moléculas relativamente pequeñas.
3. Una glicoproteína de matriz extracelular y una proteína de membrana interactúan.

Además, en organismos unicelulares como las bacterias, la señalización yuxtacrina significa interacciones por contacto con la membrana. La señalización de yuxtacrina se ha observado para algunos factores de crecimiento, señales celulares de citoquinas y quimioquinas, que juegan un papel importante en la respuesta inmune.

Receptores

Las células reciben información de sus vecinas a través de una clase de proteínas conocidas como receptores. Los receptores pueden unirse con algunas moléculas (ligandos) o pueden interactuar con agentes físicos como la luz, la temperatura mecánica, la presión, etc. La recepción ocurre cuando la célula objetivo (cualquier célula con una proteína receptora específica para la molécula señal) detecta una señal, generalmente en la forma de una molécula pequeña, soluble en agua, mediante la unión a una proteína receptora en la superficie celular, o una vez dentro de la célula, la molécula de señalización puede unirse a receptores intracelulares, otros elementos o estimular la actividad enzimática (por ejemplo, gases), como en la señalización intracrina.

Las moléculas de señalización interactúan con una célula diana como ligando de los receptores de la superficie celular y/o penetrando en la célula a través de su membrana o endocitosis para la señalización intracrina. Esto generalmente da como resultado la activación de segundos mensajeros, lo que lleva a varios efectos fisiológicos. En muchos mamíferos, las células embrionarias tempranas intercambian señales con las células del útero. En el tracto gastrointestinal humano, las bacterias intercambian señales entre sí y con las células epiteliales y del sistema inmunitario humano. Para la levadura Saccharomyces cerevisiae durante el apareamiento, algunas células envían una señal peptídica (feromonas del factor de apareamiento) a su entorno. El péptido del factor de apareamiento puede unirse a un receptor de superficie celular en otras células de levadura e inducirlas a prepararse para el apareamiento.

Receptores de superficie celular

Los receptores de la superficie celular desempeñan un papel esencial en los sistemas biológicos de los organismos unicelulares y multicelulares y el mal funcionamiento o el daño de estas proteínas se asocia con el cáncer, las enfermedades cardíacas y el asma. Estos receptores transmembrana pueden transmitir información desde el exterior de la célula hacia el interior porque cambian de conformación cuando un ligando específico se une a ella. Hay tres tipos principales: receptores ligados a canales iónicos, receptores acoplados a proteínas G y receptores ligados a enzimas.

Receptores ligados a canales iónicos

Los receptores ligados a canales iónicos son un grupo de proteínas de canales iónicos transmembrana que se abren para permitir que iones como Na, K, Ca y/o Cl pasen a través de la membrana en respuesta a la unión de un mensajero químico (es decir, un ligando), como un neurotransmisor.

Cuando se excita una neurona presináptica, libera un neurotransmisor de las vesículas en la hendidura sináptica. El neurotransmisor luego se une a los receptores ubicados en la neurona postsináptica. Si estos receptores son canales iónicos controlados por ligandos, un cambio conformacional resultante abre los canales iónicos, lo que conduce a un flujo de iones a través de la membrana celular. Esto, a su vez, da como resultado una despolarización, para una respuesta del receptor excitatorio, o una hiperpolarización, para una respuesta inhibitoria.

Estas proteínas receptoras suelen estar compuestas por al menos dos dominios diferentes: un dominio transmembrana que incluye el poro iónico y un dominio extracelular que incluye la ubicación de unión del ligando (un sitio de unión alostérico). Esta modularidad ha permitido un enfoque de "divide y vencerás" para encontrar la estructura de las proteínas (cristalizando cada dominio por separado). La función de dichos receptores ubicados en las sinapsis es convertir la señal química del neurotransmisor liberado presinápticamente de manera directa y muy rápida en una señal eléctrica postsináptica. Muchos LIC también están modulados por ligandos alostéricos, bloqueadores de canales, iones o el potencial de membrana. Los LIC se clasifican en tres superfamilias que carecen de relación evolutiva: receptores cys-loop, receptores ionotrópicos de glutamato y canales activados por ATP.

Receptores acoplados a proteína G

Los receptores acoplados a proteína G son un gran grupo de proteínas relacionadas evolutivamente que son receptores de superficie celular que detectan moléculas fuera de la célula y activan respuestas celulares. Junto con las proteínas G, se denominan receptores de siete transmembrana porque atraviesan la membrana celular siete veces. Los ligandos pueden unirse al extremo N extracelular y los bucles (p. ej., receptores de glutamato) o al sitio de unión dentro de las hélices transmembrana (familia similar a la rodopsina). Todos son activados por agonistas aunque también se puede observar una autoactivación espontánea de un receptor vacío.

Los receptores acoplados a proteína G se encuentran solo en eucariotas, incluidas levaduras, coanoflagelados y animales. Los ligandos que se unen y activan estos receptores incluyen compuestos sensibles a la luz, olores, feromonas, hormonas y neurotransmisores, y varían en tamaño desde moléculas pequeñas hasta péptidos y proteínas grandes. Los receptores acoplados a proteína G están involucrados en muchas enfermedades.

Hay dos vías principales de transducción de señales que involucran a los receptores acoplados a proteína G: la vía de señales de AMPc y la vía de señales de fosfatidilinositol. Cuando un ligando se une al GPCR, provoca un cambio conformacional en el GPCR, lo que le permite actuar como un factor de intercambio de nucleótidos de guanina (GEF). El GPCR puede entonces activar una proteína G asociada intercambiando el GDP unido a la proteína G por un GTP. La subunidad α de la proteína G, junto con el GTP unido, puede disociarse de las subunidades β y γ para afectar aún más las proteínas de señalización intracelular o apuntar directamente a las proteínas funcionales dependiendo del tipo de subunidad α (G _αs, G _αi/o, G _{αq/ 11}, _Gα12/13).

Los receptores acoplados a proteína G son un importante objetivo farmacológico y aproximadamente el 34 % de todos los fármacos aprobados por la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) se dirigen a 108 miembros de esta familia. El volumen de ventas global de estos medicamentos se estima en 180 mil millones de dólares estadounidenses a partir de 2018. Se estima que los GPCR son el objetivo de aproximadamente el 50 % de los medicamentos actualmente en el mercado, principalmente debido a su participación en las vías de señalización relacionadas con muchas enfermedades, es decir, trastornos mentales, metabólicos, incluidos los endocrinológicos, inmunológicos, incluidas las infecciones virales, cardiovasculares, inflamatorios, trastornos de los sentidos, y cáncer La asociación descubierta hace mucho tiempo entre los GPCR y muchas sustancias endógenas y exógenas, que da como resultado, por ejemplo, analgesia, es otro campo de investigación farmacéutica en desarrollo dinámico.

Receptores ligados a enzimas

Los receptores ligados a enzimas (o receptores catalíticos) son receptores transmembrana que, al ser activados por un ligando extracelular, provocan actividad enzimática en el lado intracelular. Por lo tanto, un receptor catalítico es una proteína de membrana integral que posee funciones enzimáticas, catalíticas y receptoras.

Tienen dos dominios importantes, un dominio de unión a ligando extracelular y un dominio intracelular, que tiene una función catalítica; y una sola hélice transmembrana. La molécula de señalización se une al receptor en el exterior de la célula y provoca un cambio conformacional en la función catalítica ubicada en el receptor dentro de la célula. Los ejemplos de la actividad enzimática incluyen:

• Receptor tirosina quinasa, como en el receptor del factor de crecimiento de fibroblastos. La mayoría de los receptores ligados a enzimas son de este tipo.
• Proteína quinasa específica de serina/treonina, como en la proteína morfogenética ósea
• Guanilato ciclasa, como en el receptor del factor natriurético auricular

Receptores intracelulares

Receptor de hormonas esteroides

Los receptores de hormonas esteroides se encuentran en el núcleo, el citosol y también en la membrana plasmática de las células diana. Generalmente son receptores intracelulares (típicamente citoplasmáticos o nucleares) e inician la transducción de señales para las hormonas esteroides que conducen a cambios en la expresión génica durante un período de tiempo de horas a días. Los receptores de hormonas esteroides mejor estudiados son miembros de la subfamilia de receptores nucleares 3 (NR3) que incluyen receptores para estrógenos (grupo NR3A) y 3-cetoesteroides (grupo NR3C). Además de los receptores nucleares, varios receptores acoplados a proteína G y canales iónicos actúan como receptores de superficie celular para ciertas hormonas esteroides.

Vías de transducción de señales

Al unirse a la molécula de señalización, la proteína receptora cambia de alguna manera y comienza el proceso de transducción, que puede ocurrir en un solo paso o como una serie de cambios en una secuencia de diferentes moléculas (llamada vía de transducción de señales). Las moléculas que componen estas vías se conocen como moléculas de relevo. El proceso de varios pasos de la etapa de transducción a menudo se compone de la activación de proteínas mediante la adición o eliminación de grupos fosfato o incluso la liberación de otras moléculas pequeñas o iones que pueden actuar como mensajeros. La amplificación de una señal es uno de los beneficios de esta secuencia de pasos múltiples. Otros beneficios incluyen más oportunidades de regulación que los sistemas más simples y el ajuste fino de la respuesta, tanto en organismos unicelulares como multicelulares.

En algunos casos, la activación del receptor provocada por la unión del ligando a un receptor está directamente acoplada a la respuesta de la célula al ligando. Por ejemplo, el neurotransmisor GABA puede activar un receptor de superficie celular que forma parte de un canal iónico. La unión de GABA a un receptor GABA _A en una neurona abre un canal iónico selectivo de cloruro que forma parte del receptor. GABA _ALa activación del receptor permite que los iones de cloruro cargados negativamente entren en la neurona, lo que inhibe la capacidad de la neurona para producir potenciales de acción. Sin embargo, para muchos receptores de la superficie celular, las interacciones ligando-receptor no están directamente relacionadas con la respuesta de la célula. El receptor activado primero debe interactuar con otras proteínas dentro de la célula antes de que se produzca el efecto fisiológico final del ligando en el comportamiento de la célula. A menudo, el comportamiento de una cadena de varias proteínas celulares que interactúan se altera después de la activación del receptor. El conjunto completo de cambios celulares inducidos por la activación del receptor se denomina mecanismo o vía de transducción de señales.

En la Figura 3 se muestra una vía de transducción de señales más compleja. Esta vía implica cambios en las interacciones proteína-proteína dentro de la célula, inducidos por una señal externa. Muchos factores de crecimiento se unen a los receptores en la superficie celular y estimulan a las células para que progresen a través del ciclo celular y se dividan. Varios de estos receptores son quinasas que comienzan a fosforilarse a sí mismas y a otras proteínas cuando se unen a un ligando. Esta fosforilación puede generar un sitio de unión para una proteína diferente y así inducir la interacción proteína-proteína. En la Figura 3, el ligando (llamado factor de crecimiento epidérmico o EGF) se une al receptor (llamado EGFR). Esto activa el receptor para fosforilarse a sí mismo. El receptor fosforilado se une a una proteína adaptadora (GRB2), que acopla la señal a otros procesos de señalización aguas abajo. Por ejemplo, una de las vías de transducción de señales que se activan se denomina vía de la proteína quinasa activada por mitógeno (MAPK). El componente de transducción de señales etiquetado como "MAPK" en la vía se llamaba originalmente "ERK", por lo que la vía se denomina vía MAPK/ERK. La proteína MAPK es una enzima, una proteína quinasa que puede unir fosfato a proteínas objetivo como el factor de transcripción MYC y, por lo tanto, alterar la transcripción de genes y, en última instancia, la progresión del ciclo celular. Muchas proteínas celulares se activan aguas abajo de los receptores del factor de crecimiento (como el EGFR) que inician esta vía de transducción de señales. por lo que la vía se llama vía MAPK/ERK. La proteína MAPK es una enzima, una proteína quinasa que puede unir fosfato a proteínas objetivo como el factor de transcripción MYC y, por lo tanto, alterar la transcripción de genes y, en última instancia, la progresión del ciclo celular. Muchas proteínas celulares se activan aguas abajo de los receptores del factor de crecimiento (como el EGFR) que inician esta vía de transducción de señales. por lo que la vía se llama vía MAPK/ERK. La proteína MAPK es una enzima, una proteína quinasa que puede unir fosfato a proteínas objetivo como el factor de transcripción MYC y, por lo tanto, alterar la transcripción de genes y, en última instancia, la progresión del ciclo celular. Muchas proteínas celulares se activan aguas abajo de los receptores del factor de crecimiento (como el EGFR) que inician esta vía de transducción de señales.

Algunas vías de transducción de señales responden de manera diferente, dependiendo de la cantidad de señales recibidas por la célula. Por ejemplo, la proteína hedgehog activa diferentes genes, dependiendo de la cantidad de proteína hedgehog presente.

Las complejas vías de transducción de señales de múltiples componentes brindan oportunidades para la retroalimentación, la amplificación de señales y las interacciones dentro de una célula entre múltiples señales y vías de señalización.

Una respuesta celular específica es el resultado de la señal transducida en la etapa final de la señalización celular. Esta respuesta puede ser esencialmente cualquier actividad celular que esté presente en un cuerpo. Puede estimular la reorganización del citoesqueleto, o incluso como catálisis por una enzima. Estos tres pasos de señalización celular aseguran que las células correctas se comporten como se indica, en el momento adecuado y en sincronización con otras células y sus propias funciones dentro del organismo. Al final, el final de una vía de señal conduce a la regulación de una actividad celular. Esta respuesta puede tener lugar en el núcleo o en el citoplasma de la célula. La mayoría de las vías de señalización controlan la síntesis de proteínas activando y desactivando ciertos genes en el núcleo.

En organismos unicelulares como las bacterias, la señalización se puede usar para 'activar' a los pares desde un estado latente, aumentar la virulencia, defenderse de los bacteriófagos, etc. En la detección de quórum, que también se encuentra en los insectos sociales, la multiplicidad de señales individuales tiene la potencialidad para crear un ciclo de retroalimentación positiva, generando una respuesta coordinada. En este contexto, las moléculas de señalización se denominan autoinductores. Este mecanismo de señalización puede haber estado involucrado en la evolución de organismos unicelulares a multicelulares. Las bacterias también utilizan la señalización dependiente del contacto, en particular para limitar su crecimiento.

Las moléculas de señalización utilizadas por los organismos multicelulares a menudo se denominan feromonas. Pueden tener propósitos tales como alertar contra un peligro, indicar el suministro de alimentos o ayudar en la reproducción.

Respuestas celulares a corto plazo

.

Regulación de la actividad génica

.

Vía de señalización de muesca

Notch es una proteína de la superficie celular que funciona como receptor. Los animales tienen un pequeño conjunto de genes que codifican proteínas de señalización que interactúan específicamente con los receptores Notch y estimulan una respuesta en las células que expresan Notch en su superficie. Las moléculas que activan (o, en algunos casos, inhiben) los receptores pueden clasificarse como hormonas, neurotransmisores, citoquinas y factores de crecimiento, en general llamados ligandos de receptores. Se sabe que las interacciones del receptor del ligando, como la interacción del receptor Notch, son las principales interacciones responsables de los mecanismos de señalización celular y la comunicación.Notch actúa como receptor de ligandos que se expresan en células adyacentes. Mientras que algunos receptores son proteínas de la superficie celular, otros se encuentran dentro de las células. Por ejemplo, el estrógeno es una molécula hidrofóbica que puede atravesar la bicapa lipídica de las membranas. Como parte del sistema endocrino, los receptores de estrógeno intracelulares de una variedad de tipos de células pueden ser activados por el estrógeno producido en los ovarios.

En el caso de la señalización mediada por Notch, el mecanismo de transducción de señales puede ser relativamente simple. Como se muestra en la Figura 2, la activación de Notch puede hacer que la proteasa altere la proteína Notch. Parte de la proteína Notch se libera de la membrana de la superficie celular y participa en la regulación génica. La investigación de la señalización celular implica el estudio de la dinámica espacial y temporal de los receptores y los componentes de las vías de señalización que activan los receptores en varios tipos de células. Los métodos emergentes para el análisis de espectrometría de masas unicelulares prometen permitir el estudio de la transducción de señales con resolución unicelular.

En la señalización de muesca, el contacto directo entre las células permite un control preciso de la diferenciación celular durante el desarrollo embrionario. En el gusano Caenorhabditis elegans, dos células de la gónada en desarrollo tienen cada una la misma posibilidad de diferenciarse terminalmente o convertirse en una célula precursora uterina que continúa dividiéndose. La elección de qué célula continúa dividiéndose está controlada por la competencia de las señales de la superficie celular. Una célula producirá más proteína de superficie celular que activa el receptor Notch en la célula adyacente. Esto activa un circuito o sistema de retroalimentación que reduce la expresión de Notch en la célula que se diferenciará y que aumenta Notch en la superficie de la célula que continúa como célula madre.