Sistema de segundo mensajero

Los segundos mensajeros son moléculas de señalización intracelular liberadas por la célula en respuesta a la exposición a moléculas de señalización extracelular: los primeros mensajeros . (Las señales intercelulares, una forma no local de señalización celular , que abarca tanto a los primeros como a los segundos mensajeros, se clasifican como autocrinas , yuxtacrinas , paracrinas y endocrinas según el rango de la señal). Los segundos mensajeros desencadenan cambios fisiológicos a nivel celular, como la proliferación , la diferenciación , la migración, la supervivencia, la apoptosis y la despolarización .

Son uno de los desencadenantes de las cascadas de transducción de señales intracelulares . ^[1]

Ejemplos de moléculas de segundo mensajero incluyen AMP cíclico , GMP cíclico , trifosfato de inositol , diacilglicerol y calcio . ^[2] Los primeros mensajeros son factores extracelulares, a menudo hormonas o neurotransmisores , como epinefrina , hormona de crecimiento y serotonina . Debido a que las hormonas peptídicas y los neurotransmisores normalmente son moléculas bioquímicamente hidrófilas , estos primeros mensajeros pueden no cruzar físicamente la bicapa de fosfolípidos para iniciar cambios dentro de la célula directamente, a diferencia de las hormonas esteroides , que generalmente lo hacen. Esta limitación funcional requiere que la célula tenga mecanismos de transducción de señales para transducir el primer mensajero en segundos mensajeros, de modo que la señal extracelular pueda propagarse intracelularmente. Una característica importante del sistema de señalización del segundo mensajero es que los segundos mensajeros pueden estar acoplados corriente abajo a cascadas de quinasas multicíclicas para amplificar en gran medida la fuerza de la señal original del primer mensajero. ^{[3] [4]} Por ejemplo, las señales de RasGTP se vinculan con la cascada de la proteína quinasa activada por mitógeno (MAPK) para amplificar la activación alostérica de factores de transcripción proliferativos como Myc y CREB .

Earl Wilbur Sutherland Jr. descubrió los segundos mensajeros, por lo que ganó el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1971. Sutherland vio que la epinefrina estimularía al hígado para convertir el glucógeno en glucosa (azúcar) en las células hepáticas, pero la epinefrina por sí sola no convertiría el glucógeno en glucosa. Descubrió que la epinefrina tenía que activar un segundo mensajero, el AMP cíclico , para que el hígado convirtiera el glucógeno en glucosa. ^[5] Los mecanismos fueron elaborados en detalle por Martin Rodbell y Alfred G. Gilman , quien ganó el Premio Nobel en 1994. ^{[6] [7]}

Los sistemas de mensajeros secundarios pueden ser sintetizados y activados por enzimas, por ejemplo, las ciclasas que sintetizan nucleótidos cíclicos , o por la apertura de canales iónicos para permitir la entrada de iones metálicos, por ejemplo, la señalización Ca ²⁺ . Estas pequeñas moléculas se unen y activan las proteínas quinasas, los canales iónicos y otras proteínas, continuando así la cascada de señalización.

Hay tres tipos básicos de moléculas mensajeras secundarias:

• Moléculas hidrofóbicas : moléculas insolubles en agua como el diacilglicerol y los fosfatidilinositoles , que están asociados a la membrana y se difunden desde la membrana plasmática hacia el espacio intermembrana donde pueden alcanzar y regular las proteínas efectoras asociadas a la membrana.
• Moléculas hidrófilas : moléculas solubles en agua, como cAMP , cGMP , IP3 y Ca2 ^{+ , que} _se encuentran dentro del citosol .
• Gases : óxido nítrico (NO) , monóxido de carbono (CO) y sulfuro de hidrógeno (H2S ₎ que pueden difundirse tanto a través del citosol como a través de las membranas celulares .

Estos mensajeros intracelulares tienen algunas propiedades en común:

• Pueden sintetizarse/liberarse y descomponerse nuevamente en reacciones específicas mediante enzimas o canales iónicos.
• Algunos (como el Ca ²⁺ ) pueden almacenarse en orgánulos especiales y liberarse rápidamente cuando sea necesario.
• Su producción/liberación y destrucción puede ser localizada , lo que permite a la célula limitar el espacio y el tiempo de actividad de la señal.

Existen varios sistemas de mensajeros secundarios diferentes ( sistema AMPc , sistema fosfoinositol y sistema de ácido araquidónico ), pero todos son bastante similares en su mecanismo general, aunque las sustancias involucradas y los efectos generales pueden variar.

En la mayoría de los casos, un ligando se une a un receptor de la superficie celular . La unión de un ligando al receptor provoca un cambio de conformación en el receptor. Este cambio de conformación puede afectar la actividad del receptor y dar como resultado la producción de segundos mensajeros activos.

En el caso de los receptores acoplados a proteína G , el cambio de conformación expone un sitio de unión para una proteína G. La proteína G (denominada así por las moléculas de GDP y GTP que se unen a ella) está unida a la membrana interna de la célula y consta de tres subunidades: alfa, beta y gamma. La proteína G se conoce como el " transductor ".

Cuando la proteína G se une al receptor, puede intercambiar una molécula de GDP (guanosina difosfato) en su subunidad alfa por una molécula de GTP (guanosina trifosfato). Una vez que se produce este intercambio, la subunidad alfa del transductor de proteína G se separa de las subunidades beta y gamma, y ​​todas las partes permanecen unidas a la membrana. La subunidad alfa, ahora libre para moverse a lo largo de la membrana interna, finalmente entra en contacto con otro receptor de la superficie celular: el "efector primario".

El efector primario tiene entonces una acción que crea una señal que puede difundirse dentro de la célula. Esta señal se denomina "segundo mensajero (o secundario)". El mensajero secundario puede entonces activar un "efector secundario" cuyos efectos dependen del sistema de mensajero secundario en particular.

Los iones de calcio son un tipo de segundos mensajeros y son responsables de muchas funciones fisiológicas importantes, entre ellas la contracción muscular , la fertilización y la liberación de neurotransmisores. Los iones normalmente están unidos o almacenados en componentes intracelulares (como el retículo endoplasmático (RE) ) y pueden liberarse durante la transducción de señales. La enzima fosfolipasa C produce diacilglicerol y trifosfato de inositol , que aumenta la permeabilidad de los iones de calcio en la membrana. La proteína G activa abre los canales de calcio para permitir que los iones de calcio entren en la membrana plasmática. El otro producto de la fosfolipasa C, el diacilglicerol, activa la proteína quinasa C , que ayuda a la activación del AMPc (otro segundo mensajero).

_El IP3 , el DAG y el Ca2 ⁺ son segundos mensajeros en la vía del fosfoinositol. La vía comienza con la unión de mensajeros primarios extracelulares como la epinefrina, la acetilcolina y las hormonas AGT, GnRH, GHRH, oxitocina y TRH a sus respectivos receptores. La epinefrina se une al receptor acoplado a proteína α1 GTPasa (GPCR) y la acetilcolina se une a los GPCR M1 y M2. ^[8]

La unión de un mensajero primario a estos receptores da como resultado un cambio conformacional del receptor. La subunidad α, con la ayuda de los factores de intercambio de nucleótidos de guanina (GEFS), libera GDP y se une a GTP, lo que resulta en la disociación de la subunidad y la activación posterior. ^[9] La subunidad α activada activa la fosfolipasa C, que hidroliza el fosfatidilinositol 4,5-bisfosfato (PIP ₂ ) unido a la membrana, lo que resulta en la formación de mensajeros secundarios diacilglicerol (DAG) e inositol-1,4,5-trifosfato (IP ₃ ). ^[10] El IP ₃ se une a las bombas de calcio en el RE, transportando Ca ²⁺ , otro segundo mensajero, al citoplasma. ^{[11] [12]} El Ca ²⁺ finalmente se une a muchas proteínas, activando una cascada de vías enzimáticas.

• Kimball J. "Second messengers" (Segundo mensajero) . Consultado el 10 de febrero de 2006 .
• Animación: Segundo mensajero: AMPc