Las diferentes maneras en las que las células cambian su comportamiento en respuesta a una señal.

Resumen de la respuesta celular

Las vías de señalización celular son muy variadas. Las señales (ligandos) y los receptores son de muchos tipos y su unión puede desencadenar una amplia variedad de cascadas de transmisión dentro de la célula, de las cortas y sencillas, a las largas y complejas.
A pesar de estas diferencias, las vías de señalización comparten una meta común: producir algún tipo de respuesta celular. Esto es, la célula emisora libera algún tipo de señal para hacer que la célula receptora cambie de una forma en particular.
En algunos casos, podemos describir una respuesta celular tanto a nivel molecular como macroscópico (a gran escala o visible).
  • A nivel molecular podemos ver los cambios como un incremento en la transcripción de ciertos genes o la actividad de enzimas específicas.
  • A nivel macroscópico, los cambios moleculares producen cambios en el comportamiento exterior o la apariencia de la célula, tales como el crecimiento o la muerte celular.
En este artículo, veremos ejemplos de respuestas celulares a la señalización que ocurren tanto a nivel "microscópico" como "macroscópico".

Expresión génica

Muchas vías de señalización producen una respuesta celular que implica un cambio en la expresión génica. La expresión génica es el proceso mediante el cual la célula usa la información de un gen para sintetizar un producto funcional, generalmente una proteína. Involucra dos pasos importantes: transcripción y traducción.
  • Durante la transcripción se hace un transcrito (copia) de una secuencia de ADN.
  • Durante la traducción se lee la información del ARN y se usa para producir una proteína.
Las vías de señalización pueden afectar cualquiera de los dos pasos para alterar la cantidad de una proteína específica producida por la célula.

Ejemplo: la señalización por factor de crecimiento

Podemos usar como ejemplo la vía de señalización del factor de crecimiento que viene en el artículo sobre transmisión de señal para ver cómo las vías de señalización alteran la transcripción y la traducción.
La vía del factor de crecimiento tiene muchas moléculas diana, a las que activa mediante cascadas de señalización que involucran la fosforilación (adición de grupos fosfato) de las moléculas. Algunos de los objetivos de la vía son factores de transcripción, proteínas que aumentan o disminuyen la transcripción de ciertos genes. En el caso de la señalización por factor de crecimiento, los genes tienen efectos que conducen al crecimiento y la división celulares1^1. Un factor de transcripción afectado por esta vía es c-Myc, una proteína que puede provocar cáncer cuando está demasiado activa (cuando promueve la división celular "demasiado bien")2,3^{2,3}.
La vía del factor de crecimiento también afecta la expresión de genes a nivel de la traducción. Por ejemplo, uno de sus objetivos es el regulador de la traducción llamado MNK1. El MNK1 activo aumenta la tasa de traducción del ARNm, especialmente de ciertos ARNm que se pliegan sobre sí mismos para formar estructuras con forma de horquilla (que normalmente bloquean la traducción). Muchos genes esenciales que regulan la division y la supervivencia celular tienen ARNm que forman horquillas y el MNK1 permite que se expresen en grandes cantidades, lo que promueve el crecimiento y la división4,5^{4,5}.
Es importante destacar que ni c-Myc ni MNK1 son "el último eslabón de la cadena" en la vía del factor de crecimiento. Estos factores de regulación y otros similares, promueven o reprimen la producción de otras proteínas (las figuras anaranjadas de la ilustración anterior) que están implicadas de manera más directa en el crecimiento y la división celular.

Metabolismo celular

Algunas vías de señalización producen una respuesta metabólica en la que las enzimas metabólicas en la célula se vuelven más o menos activas. Podemos ver cómo funciona esto en la señalización de la adrenalina en las células musculares. La adrenalina, también conocida como epinefrina, es una hormona que produce la glándula suprarrenal y que prepara al cuerpo para urgencias a corto plazo. Si estás nervioso antes de un examen o competencia, lo más probable es que tu glándula suprarrenal esté produciendo epinefrina.
Cuando la epinefrina se une a su receptor en una célula muscular (un tipo de receptor acoplado a proteína G), dispara una cascada de transducción de señales que involucra la producción de un segundo mensajero: la molécula de AMP cíclico (AMPc). Esta cascada conduce a la fosforilación —la adición de un grupo fosfato— de dos enzimas metabólicas, lo que induce un cambio en su actividad.
La primera enzima es la glucógeno fosforilasa (GP). Su trabajo es descomponer el glucógeno en glucosa. El glucógeno es una forma de almacenamiento de la glucosa y, cuando se necesita energía, tiene que degradarse para liberar montones de glucosa.
La segunda enzima que se fosforila es la glucógeno sintasa (GS). Esta enzima está implicada en la producción de glucógeno y la fosforilación inhibe su actividad. Esto asegura que no se produzcan más moléculas de glucógeno cuando la necesidad actual es que se degrade.
Mediante la regulación de estas enzimas, una célula muscular obtiene una gran cantidad de moléculas de glucosa listas para usar. La glucosa queda disponible para su uso en respuesta a una liberación repentina de adrenalina: la respuesta de "huir o pelear".

Resultados macroscópicos de la señalización celular

Los tipos de respuestas que hemos discutido hasta el momento suceden a nivel molecular. Sin embargo, una vía de señalización por lo general dispara un suceso molecular (o un conjunto completo de ellos) para producir algún resultado más grande.
Por ejemplo, la señalización por factor de crecimiento provoca varios cambios moleculares, que incluyen la activación del factor de transcripción c-Myc y el regulador de la traducción MNK1, para producir la respuesta de proliferación celular (crecimiento y división). De manera semejante, la epinefrina dispara la activación de la glucógeno fosforilasa y la degradación del glucógeno para proveer a las células musculares con combustible listo para una respuesta rápida.
Otros resultados importantes a gran escala de la señalización celular incluyen la migración celular, los cambios en la identidad de las células y la inducción de la apoptosis (muerte celular programada).

Ejemplo: apoptosis

Cuando una célula está dañada, es innecesaria o potencialmente peligrosa para un organismo, puede sufrir muerte celular programada o apoptosis. La apoptosis permite que la célula muera de manera controlada y evita que libere las moléculas potencialmente dañinas que se encuentran en su interior.
Las señales internas (como las que dispara el ADN dañado) pueden producir apoptosis, pero también lo pueden hacer señales externas. Por ejemplo, la mayoría de las células animales tienen receptores que interactúan con la matriz extracelular, una red de soporte compuesta de proteínas y carbohidratos. Si la célula se mueve lejos de la matriz extracelular, se detiene la señalización mediante estos receptores y la célula sufre apoptosis. Este sistema evita que las células viajen a través del cuerpo y proliferen fuera de control (pero está "descompuesto" en las células cancerosas en metástasis, aquellas se diseminan a nuevos sitios).
La apoptosis también es esencial para el desarrollo embrionario normal. En los vertebrados, por ejemplo, las etapas tempranas del desarrollo incluyen la formación de tejido entre lo que se convertirá en los dedos de las manos y los pies. En el transcurso del desarrollo normal, estas células innecesarias deben ser eliminadas para que los dedos completos y separados puedan formarse. Un mecanismo de señalización celular desencadena la apoptosis, que destruye las células que se encuentran entre los dígitos en desarrollo.
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