++
Las hormonas, los neurotransmisores y los péptidos reguladores son portadores de un mensaje, que transmiten a sus células diana. La especificidad de acción es la consecuencia de la diferenciación celular, la cual determina cómo y por qué una célula puede responder a esas sustancias, gracias a la presencia de receptores específicos y sistemas de transducción. Los receptores son proteínas integrales de la membrana plasmática, generalmente glucoproteínas, que reconocen de manera específica a sus ligandos llegados a través de las rutas endocrina, paracrina, neuroendocrina, neuroparacrina o de neurotransmisión. Es, por tanto, la unión del ligando a su receptor el primer paso en la transducción de señales, que se realiza de manera fundamental a través de las vías de la adenilato ciclasa y de la fosfolipasa C (figuras 78-3 y 78-4). Cada una de estas vías incluye a los agonistas extracelulares, el receptor y el mecanismo amplificador de la señal que genera segundos mensajeros en la célula diana o blanco.
++
++
++
En la vía de la adenilato ciclasa (figura 78-3), la unión del péptido activo a su receptor específico da lugar a la activación o inhibición del efector o unidad catalítica. Como consecuencia de la activación de la adenilato ciclasa aumentan las concentraciones intracelulares de AMP cíclico o segundo mensajero, el cual, tras la activación de una serie de reacciones enzimáticas en cascada favorece la aparición de distintos efectos biológicos. Un segundo grupo de enzimas representadas por las fosfodiesterasas puede modular la acción de los péptidos reguladores, gracias a su capacidad degradativa sobre el AMP cíclico. Además de estos componentes, para la transducción del mensaje se necesita otra proteína de membrana denominada G, que es regulada por la guanosina trifosfato (GTP). Esta proteína tiene lugares de unión para el GTP y es responsable de mediar los efectos del GTP y de varios ligandos sobre la actividad de la adenilato ciclasa. Los receptores que modifican las concentraciones de AMP cíclico se clasifican como activadores (Rs) porque aumentan los niveles de AMP cíclico mediante la activación de la adenilato ciclasa, e inhibidores (Ri), porque inhiben la adenilato ciclasa y, como consecuencia de ello, disminuyen las concentraciones intracelulares de AMP cíclico. Asimismo, el componente regulador puede expresarse en la forma activa, Gs, o inactiva, Gi. El componente regulador ligante de nucleótidos Gs, responsable de la activación de la adenilato ciclasa, tiene una masa molecular de 80 kDa y está constituido por tres subunidades, una de mayor masa molecular, conocida como αs, y dos subunidades menores denominadas β y γ. El componente regulador, que media la inhibición de la enzima Gi, también es un heterotrímero y está constituido por la subunidad αi, que es diferente de la αs, y las subunidades β y γ, que son idénticas a las de Gs.
++
Como péptidos reguladores que utilizan el sistema de transducción Gs tenemos la secretina, VIP, GIP y glucagon, mientras que la somatostatina utiliza el sistema Gi. Este último péptido estimula la hidrólisis de GTP e inhibe la adenilato ciclasa a través de la proteína Gi. En la figura 78-3 también podemos observar que la proteína quinasa A interviene en la serie de reacciones inducidas por los agonistas correspondientes. Ésta es una enzima alostérica, que en su forma inactiva está constituida por dos subunidades, la catalítica y la inhibidora o reguladora, que inactiva a la otra subunidad. El AMP cíclico es un modulador alostérico de la proteína quinasa, que se une a un sitio específico de la subunidad reguladora, para facilitar la disociación de ambos componentes y la actividad catalítica. Por tanto, el AMP cíclico libera la inhibición enzimática impuesta por la subunidad reguladora y, como consecuencia de ello, promueve la fosforilación de determinadas proteínas, que en última instancia van a expresar los efectos biológicos de los agonistas. Por otra parte, las señales generadas por el AMP cíclico pueden ser anuladas por las fosfoproteína fosfatasas, que desfosforilan los sustratos de la proteína quinasa A dependiente de AMP cíclico. Otro tipo de segundos mensajeros se producen mediante la vía del fosfoinositol o de la fosfolipasa C (figura 78-4), y a través de ella actúan entre otros la gastrina, la neurotensina y la CCK. En esta vía el receptor está acoplado a una proteína Gp, la cual está relacionada con la enzima fosfolipasa C, que rompe el lípido de membrana fosfatidilinositol 4,5 bifosfato (PIP2) en dos segundos mensajeros: diacilglicerol (DAG) e inositol trifosfato (IP3). Junto con el calcio, el diacilglicerol activa la proteína quinasa C, una enzima capaz de fosforilar receptores y muchas enzimas reguladoras que llevan a cabo funciones importantes en diferentes rutas metabólicas. El inositol trifosfato aumenta hasta 10 000 veces la concentración de calcio libre en el citoplasma, a expensas de su liberación desde el retículo endoplásmico y el calciosoma. Este calcio liberado intracelularmente interactúa con muchas proteínas diana, como las proteínas fijadoras de calcio, calmodulina, troponina C y parvalbúmina, o bien junto con el diacilglicerol activa la proteína quinasa C. A su vez, la calmodulina en la configuración ligada al calcio es capaz de activar distintas enzimas y, como consecuencia de ello, se manifiestan diferentes efectos biológicos.
++
Aunque la insulina y diversos factores de crecimiento no pueden considerarse como péptidos reguladores, actúan como agentes tróficos de la mucosa intestinal mediante mecanismos de acción que son diferentes a las dos vías ya citadas. El receptor de insulina (figura 78-5) es un tetrámero, constituido por dos subunidades α que unen específicamente a la hormona y dos subunidades β que poseen actividad tirosina quinasa. Esta actividad enzimática también está presente en receptores de factores de crecimiento como el factor de crecimiento semejante a la insulina-I (IGF-1), factor de crecimiento epidérmico (EGF) y el factor de crecimiento derivado de las plaquetas (PDGF).
++
++
Se ha propuesto que como consecuencia de la unión de insulina a la subunidad α de su receptor, la subunidad β, que tiene actividad tirosina quinasa, fosforila algunos de sus residuos tirosina. En los últimos años se han caracterizado moléculas responsables de la propagación intracelular de las señales generadas por la hormona y que operan a partir de la activación de la tirosina quinasa de la molécula receptora. Estas moléculas IRS (sustrato del receptor de insulina), de las que se conocen en la actualidad hasta cuatro formas diferentes (IRS-1 a IRS-4), reconocen y unen distintas proteínas de señalización con dominios SH2, que han sido propuestas como mediadoras de muchos de los efectos biológicos generados por la insulina. Otros efectos de esta hormona resultan de la fosforilación o la desfosforilación de proteínas en los residuos serina y treonina. También se piensa que la autofosforilación de la subunidad β del receptor de insulina hace posible la fosforilación de una proteína G, la cual actúa a su vez sobre una fosfolipasa C específica para el glucosil fosfatidilinositol (GPI). La fosfolipasa C específica para insulina es responsable de la hidrólisis del GPI, con lo cual se libera su cabeza polar o IPG, que es un fosfooligosacárido considerado como segundo mensajero de la insulina. De hecho, el IPG es capaz de producir todos los efectos biológicos de la insulina con la excepción del transporte de glucosa. El diacilglicerol, que es el otro producto de la degradación del GPI, posee también efectos biológicos, aunque pueden ser diferentes de los generados en la vía del fosfoinositol, hasta el punto de que no está claro su efecto sobre la activación de la proteína quinasa C. Los glucosil fosfatidilinositoles difieren de los otros fosfoinositoles en que están glucosilados y que son hidrolizados por una fosfolipasa C diferente. Asimismo, el diacilglicerol generado por esta vía puede ser diferente al producido en la vía de la fosfolipasa C.
++
La existencia de receptores, sistemas de transducción y segundos mensajeros es indispensable para que los péptidos reguladores gastrointestinales lleven a cabo sus efectos fisiológicos en el tracto gastrointestinal o en estructuras extradigestivas. En el tubo digestivo se han identificado receptores y sistemas de transducción para oxintomodulina, bombesina, gastrina, neurotensina, secretina, VIP, PHI, PHM, GRF, GLP-1 (7-36) amida, insulina, EGF, somatostatina y opiáceos endógenos, mientras que en los acinos pancreáticos se han caracterizado para bombesina, neurotensina, secretina, VIP, PHI, PHM, GHRH, insulina, CCK, EGF y somatostatina. En las células β de los islotes pancreáticos, los péptidos bombesina, VIP, PHI, PHM, GHRH, GIP, galanina, oxintomodulina, glucagon, GLP-1 (7-36) amida, IGF-1, somatostatina y CCK, a través de sus sistemas de transducción de señales, modifican la secreción de insulina, y de esta forma facilitan la actividad del eje enteroinsular. También en el sistema nervioso, los péptidos reguladores llevan a cabo importantes funciones mediante los receptores de péptidos opiáceos, CCK, VIP, somatostatina, neurotensina, bombesina, NPY, galanina y GLP-1 (7-36) amida.