Kronenberg: Williams Textbook of Endocrinology, 11th ed.

Copyright © 2008 Saunders, An Imprint of Elsevier CHAPTER 3 – GENETIC CONTROL OF PEPTIDE HORMONE FORMATION

Joel F. Habener

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Evolution of Peptide Hormones and Their Functions, 19

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Steps in Expression of a Protein-Encoding Gene, 19

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Subcellular Structure of Cells that Secrete Protein Hormones, 21

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Intracellular Segregation and Transport of Polypeptide Hormones, 21

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Processes of Hormone Secretion, 24

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Structure of a Gene Encoding a Polypeptide Hormone, 25

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Regulation of Gene Expression, 26

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Generation of Biologic Diversification, 30

Los avances en los campos de la biología molecular y celular han proporcionado una nueva perspectiva sobre el funcionamiento mecánico de las células. recombinante ácido desoxirribonucleico (ADN) la tecnología y la secuencia (decodificación) de la humanidad entera y el ratón genomas, hoy es posible analizar la estructura precisa y función del ADN, la sustancia genética que es la base para la vida. El descubrimiento de la bioquímica y de sus propiedades estructurales del ADN proporcionan el marco conceptual con el que iniciar una investigación sistemática de los orígenes, desarrollo y organización de las formas de vida [1].

La finalización de las secuencias completas del genoma humano y del ratón se llevó a cabo en los años 2003 y 2004, y la anotación de la información codificada está casi terminado. La disponibilidad de un modelo completo de la estructura y organización de todos los genes que se expresan ahora proporciona una visión profunda de la base de las enfermedades genéticamente determinadas. En la próxima década, genotipificación de los individuos poco después de nacer es probable que sea posible. Los enfoques terapéuticos para la corrección de defectos genéticos mediante técnicas de reemplazo de gen es probable que sea una realidad, con lo que aportan perspectivas a los riesgos relativos para el desarrollo de enfermedades.

Las hormonas polipeptídicas constituyen un conjunto sumamente importante y diverso de moléculas reguladoras codificadas por el genoma cuyas funciones consisten en transmitir información específica entre las células y órganos.

Este tipo de comunicación molecular se levantó temprano en el desarrollo de la vida y se convirtió en un complejo sistema para el control de crecimiento, el desarrollo y la reproducción y para el mantenimiento de la homeostasis metabólica. Estas hormonas, entre ellas muchas de las quimiocinas y citocinas que participan principalmente en la regulación del sistema inmunológico, compuesto de aproximadamente 400 o más proteínas pequeñas que van desde tan sólo tres aminoácidos (hormona liberadora de tirotropina o TRH) a 192 aminoácidos (crecimiento hormonal). En un sentido más amplio, estos polipéptidos funcionan como hormonas, cuyas acciones en órganos distantes están mediadas a través de su transporte a través del torrente sanguíneo, y como comunicadores locales de célula a célula (fig. 3-1). La última función de las hormonas polipeptídicas se ejemplifica en su elaboración y la secreción dentro de las neuronas de los sistemas centrales, autonómicas y nervioso periférico, donde actúan como neurotransmisores y en los leucocitos en los que modulan las respuestas inmunes.

Estos múltiples modos de expresión de los genes de la hormona polipeptídica han despertado gran interés en las funciones específicas de estos péptidos y los mecanismos de su síntesis y liberación. Este capítulo examina las diversas estructuras de los genes que codifican las hormonas peptídicas y los múltiples mecanismos que regulan su expresión. La síntesis de las hormonas no peptídico (por ejemplo, las catecolaminas, hormonas tiroideas y las hormonas esteroides) implica la acción de enzimas múltiples y de ahí la expresión de múltiples genes, los cuales se discuten en los distintos capítulos dedicados a dichas hormonas.

Figura 3-1 Diferentes modos de utilización de hormonas polipeptídicas en la expresión de sus acciones biológicas. Las hormonas peptídicas se expresan en por lo menos cuatro formas en el cumplimiento de sus funciones como moléculas mensajeras celulares: (1) el modo de secreción interna, por efectos de la comunicación entre los órganos (por ejemplo, el eje hipófiso-tiroideo), (2) el modo paracrino, para la comunicación entre los adyacentes las células, a menudo situadas en los órganos endocrinos, (3) el modo neuroendocrino, para la síntesis y liberación de péptidos de las neuronas especializadas peptidérgicas para la acción sobre los órganos distantes a través del torrente sanguíneo (por ejemplo, los péptidos neuroendocrinos del hipotálamo), y (4) el modo de neurotransmisor, para la acción de péptidos en concierto con los clásicos transmisores amino aminérgico derivados de ácido en la red de comunicación neuronal. polipéptidos idénticas se utilizan con frecuencia en el sistema nervioso, tanto como las hormonas neuroendocrinas y como neurotransmisores. En algunos casos, el producto se utiliza el mismo gen en los cuatro modos de expresión.

Evolución de las hormonas peptídicas y sus funciones Las hormonas peptídicas levantó temprano en la evolución de la vida. De hecho, los polipéptidos que son estructuralmente similares a los péptidos de mamíferos están presentes en los vertebrados inferiores, insectos, hongos y bacterias. [2] Un ejemplo de la evolución temprana de péptidos reguladores es la -factor (feromona apareamiento) de levadura, que es similarα en su estructura a la hormona liberadora de gonadotropina (GnRH). [3] El más antiguo miembro de la familia colecistoquinina-de los péptidos de gastrina apareció hace por lo menos 500 millones de años en la protochordate intestinalis Ciona [4]. Así, los genes que codifican las hormonas de polipéptidos, péptidos y en especial de reglamentación, se desarrolló temprano en el desarrollo de la vida y cumplió inicialmente con la función de la comunicación de célula a célula para hacer frente a problemas relacionados con la alimentación, crecimiento, desarrollo y reproducción. Como órganos especializados conectados por un sistema circulatorio desarrollados durante la evolución, de forma similar, si no idénticos, los productos génicos se convirtió en hormonas con fines de comunicación del órgano a órgano.

Pasos en la expresión de un gen de la proteína-codificación Los pasos involucrados en la transferencia de información codificada en el lenguaje polinucleótido de ADN al lenguaje ácido poli-amino de las proteínas biológicamente activas implican la transcripción génica, el procesamiento postranscripcional de los ácidos ribonucleico (ARN), la traducción y el procesamiento posterior a la traducción de las proteínas. La expresión de los genes y la síntesis de proteínas puede ser considerada en términos de varios procesos importantes, uno o varios de los cuales pueden servir de puntos específicos de control en la regulación de la expresión génica (fig. 3-2).

Figura 3-2 Pasos en la síntesis celular de las hormonas polipeptídicas. Los pasos que tienen lugar dentro del núcleo incluyen la transcripción de la información genética en un ácido ribonucleico mensajero (ARNm) precursor (pre-mRNA), seguido por el procesamiento postranscripcional, que incluye la división del ARN, la escisión de los intrones, y reunión de exones, resultando en la formación de ARNm . Finaliza del mRNA son modificados mediante la adición de tapas metilguanosina en el extremo 5 'y la adición de poli (A) tramos en los extremos 3'.

El ARNm citoplásmico se ensambla con los ribosomas. Los aminoácidos, llevado por ARN de transferencia aminoacylated (ARNt), luego se polimeriza en una cadena polipeptídica. El paso final en la síntesis de proteínas es la de procesamiento postraduccional.

Estos procesos tienen lugar tanto durante el crecimiento de la cadena polipeptídica naciente (cotraduccional) y después de la liberación de la cadena completa (posterior a la traducción), e incluyen las divisiones de la cadena polipeptídica proteolítica (reconversión de las pre-prohormonas o prohormonas a las hormonas), derivatizations de aminoácidos (por ejemplo, glicosilación, fosforilación), y cross-linking y montaje de la cadena polipeptídica conformada en su estructura.

El diagrama representa la síntesis y el procesamiento posterior a la traducción de un polipéptido segregado típico, que requiere el transporte vectorial o unidireccional de la cadena polipeptídica a través de la bicapa membrana del retículo endoplásmico, lo que da lugar en el secuestro del polipéptido en la cisterna del retículo endoplásmico, un primer paso en la exportación de proteínas destinadas a la secreción de la celda (ver fig. 3-6).

La mayoría de transformación de traslación se produce dentro de la célula como se muestra (presecretor) y en algunos casos fuera de la celda, cuando más divisiones proteolíticas o modificaciones de la proteína puede tener lugar (post-secretorio). CHO, hidratos de carbono.

Los reordenamientos y transposiciones de los segmentos de ADN. Estos procesos ocurren durante muchos años (eones) en la evolución, con la excepción de los mecanismos de reordenamiento genético poco común de somáticos como el reordenamiento de los genes de inmunoglobulina durante la vida de un individuo. Transcripción. Síntesis de los resultados de ARN en la formación de copias de ARN de los dos alelos de genes y es catalizada por la RNA polimerasa factores basales de transcripción II-asociada. Procesamiento postranscripcional.

modificaciones específicas del ARN incluyen la formación de ARN mensajero (ARNm) a partir del precursor del ARN a través de la escisión y reunión de segmentos de ARN (intrones y exones) y las modificaciones del extremo 3 'del ARN por poliadenilación y del extremo 5' mediante la adición de 7-metilguanina "topes". Traducción. Los aminoácidos son ensamblados por el apareamiento de bases de nucleótidos de los trillizos (anticodones) específicos de la "compañía" aminoacylated ARN de transferencia correspondientes a los codones del ARNm obligado a polirribosomas y se polimerizan en las cadenas de polipéptidos. Procesamiento postraduccional y modificación. Últimos pasos en la síntesis proteica puede implicar una o más divisiones de los enlaces peptídicos, que se traducen en la conversión de los precursores biosintéticos (prohormonas), a las formas intermedias o finales de la proteína; derivatización de los aminoácidos (por ejemplo, glicosilación, fosforilación, acetilación, myristoylation ), y el plegamiento de la cadena polipeptídica transformada en su conformación nativa. Cada uno de los pasos específicos de la expresión génica requiere la integración de las reacciones bioquímicas enzimáticas precisa y otros. Estos procesos se han desarrollado para proporcionar alta fidelidad en la reproducción de la información codificada y para proporcionar puntos de control para la expresión del fenotipo de las células. El tratamiento posterior a la traducción de proteínas crea la diversidad en la expresión génica a través de modificaciones de la proteína. Aunque la información contenida funcional de una proteína codificada en última instancia, es la secuencia de aminoácidos primaria, las actividades biológicas específicas son una consecuencia de la orden superior secundaria, terciaria y cuaternaria de las estructuras del polipéptido. Dada la amplia gama de posibles modificaciones específicas de los aminoácidos, como la glicosilación, fosforilación, acetilación, amidación, lipidación, y la sulfatación, [5] uno de los cuales pueden afectar a la conformación o la función de la proteína, un solo gen puede en última instancia codificar una amplia variedad de proteínas específicas como resultado de los procesos postraduccionales.

Las hormonas polipeptídicas se sintetizan en forma de grandes precursores que parecen cumplir varias funciones en los sistemas biológicos (fig. 3-3), incluyendo (1) el tráfico intracelular, el que la célula distingue entre clases específicas de las proteínas y los dirige a sus sitios de acción, y (2) la generación de múltiples actividades biológicas de una proteína común genéticamente codificados por las variaciones regulado o específico de las células en las modificaciones postraduccionales (fig. 3-4).

Figura 3-3 Diagrama representación de dos configuraciones de los precursores de las hormonas polipeptídicas. Diagramas de redes troncales representan polipéptido de secuencias de la proteína codificada en el mRNA. Una forma de precursor consiste en la señal de NH2-terminal, o presequence, seguida por la parte apoproteína del polipéptido que las necesidades de procesamiento no más lejos de la actividad proteolítica. Una segunda forma de precursor es un pre-prohormona que consiste en la secuencia de señales NH2-terminal seguida de una poliproteína, o prohormona, secuencia consistente de los dominios de dos o más péptidos unidos entre sí que son posteriormente liberados por las divisiones durante el procesamiento postraduccional de la prohormona. La razón para la síntesis de hormonas polipeptídicas en forma de precursores es sólo a medias. Es evidente que las secuencias de NH2-terminal funcional de la señal en las primeras etapas de transporte del polipéptido en la vía secretora. Prohormones o poliproteínas, a menudo sirven para proporcionar una fuente de múltiples péptidos bioactivos (ver fig. 3-4). Sin embargo, prohormonas que muchos pueden contener secuencias de los péptidos que se eliminan por la escisión y no tienen actividad biológica conocida, y que se conocen como péptidos críptica, tal vez esperando el descubrimiento de actividades biológicas únicas. Otros péptidos puede servir como separador entre dos secuencias de péptidos bioactivos (por ejemplo, el péptido C de la proinsulina). En los casos en que se encuentra un péptido bioactivo en el extremo COOH de la prohormona, la secuencia de prohormona NH2-terminal sólo puede facilitar la translocación cotraduccional del polipéptido en el retículo endoplásmico (ver fig. 3-6).

 

Figura 3-4 Diagrama ilustración de las estructuras primarias de prohormonas varias. Las áreas muy oscura de prohormonas denotan las regiones de la secuencia que constituyen conocida péptidos biológicamente activos que se han desdoblamiento posterior a la traducción de prohormonas. Secuencias indicado por la eclosión de las regiones precursoras denotan que alteran la especificidad biológica de esa región del precursor. Por ejemplo, el precursor contiene la secuencia de la hormona de -estimulante de melanocitos ( -MSH), pero cuando éste está unido covalentemente al péptido CLIP, que constituye laγ γ hormona corticotropina (corticotropina, ACTH). La somatostatina-28 (SS-28) es una forma NH2-terminal ampliada de la somatostatina-14 (SS-14) que tiene mayor potencia que la SS-14 sobre ciertos receptores. La secuencia neurofisina vinculados a la terminal COOH de la vasopresina (ADH) funciona como una proteína transportadora de la hormona ADH durante su transporte por el axón de las neuronas en el que se sintetiza. El precursor proencefalina representa una poliproteína que contiene varios péptidos similares en su secuencia, ya sea met-encefalina (M) o leu-encefalina (L). Procalcitonina y la procalcitonina producto relacionado con el gen (CGRP) comparten secuencias idénticas terminal NH2-, pero difieren en sus regiones terminal COOH-como resultado del splicing alternativo durante el procesamiento postranscripcional del ARN precursor. -LPH, -lipotropina; GLP, el péptido similar al glucagón, IP, que interviene péptido.γ γ

Todas las hormonas peptídicas y péptidos reguladores estudiados hasta el momento contienen secuencias de la señal o el líder en el amino terminal, estas secuencias helicoidales hidrófobas reconocer sitios específicos en las membranas del retículo endoplasmático rugoso, lo que resulta en el transporte de polipéptidos nacientes en la ruta de secreción de la celular (v. figs. 3-2 y 3-3 [2] [3]). [6] La consecuencia de las secuencias de señales especializados de las proteínas precursoras es que las proteínas destinadas a la secreción son elegidos de una gran cantidad de proteínas celulares de otros el secuestro y posterior envasado en gránulos de secreción y de exportación de la célula. Además, la mayoría, si no todas, de las hormonas más pequeñas y péptidos reguladores se producen como consecuencia de divisiones postraduccionales de los precursores en el complejo de Golgi de las células secretoras.

Subcelulares Estructura de células que secretan la proteína Hormonas Las células cuyas funciones principales son la síntesis y exportación de proteínas contienen altamente desarrollado, especializado organelas subcelulares para la traslocación de proteínas secretadas y sus envases en los gránulos de secreción. Las vías subcelulares utilizados en la secreción de proteínas se han aclarado en gran medida gracias a los esfuerzos iniciales de Palade [7] (revisado por Jamieson [8]). células secretoras contienen una abundancia de retículo endoplásmico, complejo de Golgi y gránulos de secreción (fig. 3-5). Las proteínas que han de ser secretada por las células se transfieren durante su síntesis en estas organelas subcelulares, que transportan las proteínas de la membrana plasmática.

Figura 3-5 Representación esquemática de las organelas subcelulares involucrados en el transporte y secreción de hormonas

polipeptídicas u otras proteínas secretadas dentro de una célula de proteínas secretoras. (1) Síntesis de proteínas en polirribosomas adjunta al retículo endoplásmico (RER) y la descarga vectorial de proteínas a través de la membrana en la cisterna. (2) Formación de ida y vuelta vesículas (elementos de transición) de retículo endoplásmico seguido por su transporte y su incorporación por el complejo de Golgi. (3) Formación de gránulos de secreción en el complejo de Golgi. (4) El transporte de gránulos de secreción de la membrana plasmática, la fusión con la membrana plasmática, y exocitosis que resulta en la liberación de gránulos contenidos en el espacio extracelular. Tenga en cuenta que la secreción puede darse por el transporte de vesículas secretoras y gránulos inmaduros, así como los gránulos maduros. Algunos gránulos se recogen y se hidroliza por los lisosomas (crinophagy). Golgi, complejo de Golgi, retículo RER, endoplasmático rugoso; SER, el retículo endoplásmico liso. (De Habener JF. Biosíntesis y la secreción de la hormona. En Felig P, Baxter JD, Broadus AE, et al, eds. Endocrinología y Metabolismo. New York: McGraw-Hill, 1981: 29-59).

La secreción de las proteínas comienza con la traducción del ARNm que codifica el precursor de la proteína en el retículo endoplasmático rugoso, que consiste en la elaboración de polirribosomas adjunta sáculos membranosos que contienen cavidades (cisternas). El recién sintetizadas, las proteínas nacientes se descargan en las cisternas de transporte a través de la bicapa lipídica de la membrana. Dentro de las cisternas del retículo endoplásmico, las proteínas son transportadas al aparato de Golgi por mecanismos que no se comprenden. El aumento de las proteínas de acceso al complejo de Golgi, ya sea por transferencia directa de las cisternas, que se encuentran en continuidad con los canales membranosos del complejo de Golgi, o por vía de ida y vuelta vesículas conocidas como elementos de transición (ver fig. 3-5). Dentro del complejo de Golgi, las proteínas son empaquetados en vesículas secretoras o gránulos de secreción por su incipiente de las pilas de Golgi en forma de gránulos inmaduros. gránulos inmaduros someterse a la maduración a través de la condensación del material proteínico y la aplicación de una capa específica alrededor de la primera membrana de Golgi. Al recibir los estímulos adecuados extracelular (vía de secreción regulada), los gránulos de migrar a la superficie celular y se fusionan para convertirse en continuo con la membrana plasmática, lo que resulta en la liberación de proteínas al espacio extracelular, un proceso conocido como exocitosis. La segunda vía de transporte intracelular y la secreción implica el transporte de proteínas contenidas en vesículas secretoras e inmaduros gránulos secretores (ver fig. 3-5). Aunque el uso de esta vía de transporte alternativo vesícula-mediado queda por demostrar de forma concluyente (por lo general se considera un constitutiva, o no regulada, la vía), diferentes estímulos extracelulares pueden modular la secreción de la hormona de forma diferente, dependiendo de la vía de secreción. Por ejemplo, en la glándula paratiroidea y en la línea celular de las células derivadas de la pituitaria corticotropo (ATT-20), recién sintetizadas hormona se libera más rápidamente que la hormona sintetizada antes. Estos resultados sugieren que la hormona recién sintetizada puede ser transportado a través de una vía de vesícula-mediado, sin incorporación al almacenamiento de gránulos maduros. La segregación y transporte intracelular de las hormonas polipeptídicas aminoácido específico secuencias codificadas en las proteínas sirven como indicadores de dirección en la manipulación de proteínas dentro de las organelas subcelulares. [6] [9] [10] Una célula eucariota típica sintetiza un estimado de 5.000 proteínas diferentes durante su vida útil. Estas proteínas se sintetizan diferentes por un conjunto común de polirribosomas. Sin embargo, cada una de las diferentes proteínas se dirige a una ubicación específica dentro de la célula, donde se expresa su función biológica. Por ejemplo, a grupos específicos de las proteínas son transportadas a las mitocondrias, en las membranas, en el núcleo, o en otros orgánulos subcelulares, donde sirven como proteínas reguladoras, enzimas o proteínas estructurales. Un subconjunto de proteínas está diseñado específicamente para la exportación de la celda (por ejemplo, las inmunoglobulinas, la albúmina sérica, factores de coagulación de la sangre y las proteínas y las hormonas polipeptídicas). Este proceso de transporte de dirección de las proteínas involucra sofisticadas señales informativas. Dado que la información de estos procesos de translocación debe residir en su totalidad o en parte dentro de la estructura primaria o en las propiedades conformacionales de la proteína, secuencial modificaciones postraduccionales puede ser crucial para determinar la especificidad de la función de la proteína. Continúa las investigaciones de la clasificación y el tráfico de proteínas en las células han revelado un aumento complejidad más allá del paradigma ilustra en la figura simple. 3-5. [11] La clasificación secuencial de las proteínas a sus destinos finales, ya sean de exportación de las células (secreción) o dirigida a un compartimiento subcelular o orgánulo, se lleva a cabo no sólo en el aparato de Golgi, sino también pre-Golgi en el retículo

endoplasmático y post-Golgi en endosomas y tubulosaccules. [12] Es interesante contemplar que todos y cada uno de los 5000 más o menos proteínas que se expresan en una célula contiene una señal específica dirigidas a la encargada de dirigir la proteína a su destino final. Estas señales dirigidas a consistir en estiramientos de corta de aminoácidos en las proteínas que sirven como "códigos de área" para asegurar su entrega precisa. Moderno proteómica y bioinformática utilizando enfoques son capaces de predecir la localización de las células basadas en las características de estas señales de orientación. [13]

Secuencias en el Procesamiento de la Señal prohormona y la secreción del péptidoLos procesos iniciales de la secreción de proteínas que dan lugar al transporte específica de las proteínas exportadas en la vía secretora se están convirtiendo en una mejor comprensión. [6] [10] [11] [12] [13] [14] [15] indicios iniciales de este proceso vino de las determinaciones de las secuencias de aminoácidos de las proteínas programada por la traducción libre de células de ARNm codifica polipéptidos secretados. [16] Las proteínas secretadas se sintetizan como precursores que se extienden en sus terminales NH2 por secuencias de 15 a 30 aminoácidos, llamados secuencias de la señal o líder. extensiones de señal de secuencia, o sus equivalentes funcionales, son necesarios para la orientación de la proteína ribosomal o incipientes a las membranas específicas y para el transporte vectorial de la proteína a través de la membrana del retículo endoplásmico. El surgimiento de la secuencia de señales de la subunidad ribosomal grande, el complejo ribosomal específicamente hace contacto con la membrana, lo que resulta en la translocación del polipéptido naciente a través de la membrana del retículo endoplásmico en la cisterna como el primer paso en el transporte del polipéptido dentro de la vía secretora. Estas observaciones inicialmente dejó sin respuesta la pregunta de cómo polirribosomas específicas que se traducen ARNm que codifican proteínas secretoras reconocen y se adhieren al retículo endoplásmico (fig. 3-6).

Figura 3-6 Diagrama que representa los eventos celulares en las etapas iniciales de la síntesis de una hormona polipeptídica de acuerdo a la hipótesis de la señal. En este esquema, una partícula de reconocimiento de la señal, que consiste en un complejo de seis proteínas y un RNA (RNA 7S), interactúa con el péptido señal de NH2-terminal de la cadena polipeptídica naciente después de aproximadamente 70 aminoácidos se polimerizan, lo que resulta en el arresto de un mayor crecimiento de la cadena polipeptídica. El complejo de la partícula de reconocimiento de señal y de la cadena naciente polirribosoma permanece en un estado de detención de traslación hasta que se reconoce y se une a una proteína de acoplamiento, que es una proteína receptora localizada en la cara citoplasmática de la membrana reticular endoplásmico. Esta interacción del complejo de la señal de la partícula de reconocimiento de acoplamiento con la proteína libera el bloque de traslación, y se reanuda la síntesis de proteínas. La cadena polipeptídica naciente se descarga a través de la membrana bicapa en la cisterna del retículo endoplásmico y es liberada por el péptido señal mediante fragmentación con una peptidasa señal situada en la cara cisternal de la membrana. En este modelo, el péptido señal se escinde de la cadena polipeptídica por la peptidasa señal antes de la cadena se completa (hendidura cotraduccional). La configuración del polipéptido durante el transporte a través de la membrana y las fuerzas y mecanismos responsables de su desplazamiento no se conocen. El lazo, o la horquilla, la configuración de la cadena que se muestra es un modelo arbitrario, otros modelos son igualmente posibles.

Debido a que las membranas microsomales reproducir in vitro la actividad de transformación de las células intactas, fue posible identificar macromoléculas responsable de la tramitación del precursor y para las actividades de translocación. [17] El retículo endoplásmico y el citoplasma contener un conjunto de moléculas, llamado una partícula de reconocimiento de señal complejo, que consta de al menos 16 proteínas diferentes, entre ellos tres Triphosphatases guanosina para generar energía [18] y un 7S ARN. [6] [10] [19] (la última revisión en referencia 20). Este complejo, o de partículas, se une a los polirribosomas que participan en la traducción de ARNm codifica polipéptidos secretora, cuando la secuencia de señales NH2-terminal de primera surge de la subunidad grande del ribosoma.La interacción específica de la partícula de reconocimiento de señales con la secuencia de señales incipientes y las detenciones polirribosoma otra traducción del ARNm. La proteína naciente permanece en un estado de la traducción detenidos hasta que encuentra una proteína de alta afinidad de unión en el retículo endoplasmático, el reconocimiento de la señal del receptor de partículas, o de acoplamiento de la proteína. [6] En la interacción con la proteína de acoplamiento específico, el bloque de traslación es liberado y se reanuda la síntesis de proteínas. La proteína se transfiere a través de la membrana del retículo endoplásmico a través de un túnel proteínico llamado translocón [20].En algún momento, cerca de la terminación de la síntesis de la cadena polipeptídica, la secuencia de señales NH2-terminal se escinde del polipéptido por una peptidasa señal específica se encuentra en la superficie de la membrana cisternal retículo

endoplásmico. La supresión de la secuencia de señales hidrofóbicas libera la proteína (prohormona o de la hormona) para que pueda asumir su estructura secundaria característica durante el transporte a través del retículo endoplásmico y el aparato de Golgi. Curiosamente, después de su escisión de la proteína por la peptidasa señal, el péptido señal puede ser a veces más hendidas en la membrana del retículo endoplásmico para producir un péptido biológicamente activo. La secuencia de señales de preprolactin de 30 aminoácidos, por ejemplo, está escindida por una peptidasa péptido señal para dar un péptido cargos de los 20 aminoácidos que se libera en el citosol, donde se une a la calmodulina e inhibe la fosfodiesterasa Ca2-calmodulina-dependiente. [21]Esta secuencia en el transporte de dirección de polipéptidos específicos garantiza un procesamiento óptimo de proteínas secretoras cotraduccional, incluso cuando comienza la síntesis en los ribosomas libres. La presencia de una forma citoplasmática del complejo de la señal de partícula de reconocimiento de las garantías que los bloques de traducción que la síntesis de las proteínas presecretor no se completa en el citoplasma, la transferencia eficaz de las proteínas se produce sólo después de que se ha hecho contacto con el receptor específico o de acoplamiento proteína en la membrana. Aunque la identificación de la partícula de reconocimiento de la señal y la proteína de acoplamiento explica la especificidad de la unión de los ribosomas que contienen ARNm que codifican las proteínas de secreción, no explica el modo de desplazamiento de la cadena polipeptídica naciente a través de la bicapa de la membrana. Además la disección y el análisis de la membrana se han identificado otras macromoléculas que son responsables del proceso de transporte [6].

Celular tratamiento de ProhormonesLas secuencias de la señal de prehormones y pre-prohormonas están involucrados en el transporte de estas moléculas, pero la función de los precursores de la hormona intermedios (prohormonas) no se entiende completamente. La conversión de prohormonas a sus productos finales se inicia en el aparato de Golgi. Por ejemplo, el tiempo que transcurre entre la síntesis de la hormona del pre-proparathyroid y la primera aparición de la hormona paratiroidea se correlaciona estrechamente con el tiempo necesario para que los granos radioautographic para alcanzar el aparato de Golgi. [22] Del mismo modo, la conversión de proinsulina a insulina se lleva a cabo alrededor de una hora después de la síntesis de proinsulina es completa, y el procesamiento de proinsulina a insulina y péptido C se lleva a cabo durante el transporte dentro de los gránulos de secreción. [23] La conversión de prohormonas a las hormonas también puede ser bloqueado por los inhibidores de la producción de energía celular, como antimicina [A y dinitrofenol 24] y por las drogas que interfieren con las funciones de los microtúbulos (vinblastina, colchicina). [25] Por lo tanto, la translocación de la prohormona del retículo endoplasmático rugoso al complejo de Golgi depende de la energía metabólica e implica probablemente microtúbulos.No hay evidencia de que las secuencias que son específicos de la prohormona contribuyen o son químicamente implicados en el transporte de la proteína recién sintetizada por el retículo endoplasmático rugoso al aparato de Golgi o que están involucrados en el embalaje de la hormona en las vesículas o gránulos . Los análisis de las estructuras de los productos primarios de la traducción de mRNAs que codifican proteínas secretoras indican que muchos de estos no son sintetizados en forma de prohormona intermedios (ver fig. 3-3). Sigue siendo extraño que algunas proteínas secretoras (por ejemplo, la hormona paratiroidea, insulina, albúmina sérica) se forman a través de los precursores intermedios, mientras que otros (por ejemplo, la hormona del crecimiento, prolactina, albúmina) no lo son.restricciones de tamaño pueden ser colocados en la longitud de un polipéptido de secreción. Cuando la bioactividad de los péptidos reside en los extremos COOH de los precursores (por ejemplo, la somatostatina, calcitonina, gastrina), extensiones NH2-terminal puede ser obligado a proporcionar una calidad suficiente "spacer" secuencia para permitir que la secuencia de señales de la cadena polipeptídica naciente creciente emergen de la subunidad grande del ribosoma para la interacción con la partícula de reconocimiento de señales y de proporcionar la longitud adecuada para abarcar polipéptido de la subunidad ribosomal grande y la membrana del retículo endoplásmico durante el transporte vectorial del polipéptido naciente través de la membrana (ver fig. 3-6) . Cuando el producto hormonal final es 100 aminoácidos de longitud o más (por ejemplo, la hormona del crecimiento, prolactina, o y subunidades de las hormonas glicoproteína), puede haber ningún requisito para α βuna prohormona intermedios.Aunque las funciones exactas de prohormonas siguen siendo desconocidos, ciertos detalles de sus divisiones han sido establecidas. A diferencia de la situación con prehormones, en la que los aminoácidos en el punto de corte entre la secuencia de la señal y el resto de la molécula (hormonas o prohormonas) varían de una hormona a la siguiente, los sitios de corte de la prohormona intermedios consisten en la base amino ácido lisina o arginina, o ambos, generalmente de dos a tres en tándem. Esta secuencia se rompe preferentemente por endopeptidasas con actividades como la tripsina.Específicas prohormona de la enzima convertidora (PC) consisten en una familia de al menos ocho de tales enzimas. [26] [27] [28] La más estudiada de la isoenzimas son PC2 y PC1 / 3, que son responsables de las divisiones de la proinsulina entre la cadena A / péptido C y la cadena B / péptido C, respectivamente. Un paciente rara falta PC1 presentado con la obesidad infantil, hipogonadismo hipogonadotrópico, y hipercortisolismo y se encontró que tienen niveles elevados de proinsulina y es de suponer alteraciones generalizadas en la modificación neuropéptido [29]. Interrupción selectiva del gen en ratones PC2 resultó en el procesamiento de la proinsulina incompleta, dejando Una cadena y el péptido C intacto. [30] En particular, proglucagon en el páncreas sigue siendo totalmente sin procesar, lo que indica que PC2 se requiere para la formación de glucagón. Como consecuencia de la actividad defectuosa PC2 y bajos niveles de glucagón, los ratones tienen hipoglucemia crónica grave.

Después de clivaje endopeptidasa, los residuos restantes básicos son selectivamente eliminados por exopeptidases con actividad semejante a la de la carboxipeptidasa B. En los casos en los que se amidada el residuo terminal COOH de la hormona

peptídica, un proceso que parece mejorar la estabilidad de un péptido, confiándole resistencia a la carboxipeptidasa, enzimas específicas amidación (péptido amidating monooxigenasas) en los trabajos del complejo de Golgi en concierto con las enzimas de corte para la modificación de la terminal COOH de los péptidos bioactivos. [31] [32]Todos proproteins prohormonas y se rompen por PC procesos enzimáticos en el complejo de Golgi de las células de diversos orígenes. La importancia de las divisiones específicas de prohormonas concreto sigue siendo no se entienden completamente, al igual que la razón de la existencia de prohormona intermedios en algunas pero no todas las proteínas de secreción. Como se indicó anteriormente, los péptidos precursores eliminado de la prohormonas pueden tener actividades biológicas que son intrínsecos aún no reconocido.

Los procesos de secreción hormonalEspecíficas estímulos extracelulares controlan la secreción de hormonas polipeptídicas. Los estímulos consisten en cambios en el equilibrio homeostático; los productos hormonales a conocer en respuesta a los estímulos actúan sobre los órganos diana respectivos para restablecer la homeostasis (fig. 3-7). Los sistemas endocrino generalmente consisten en mecanismos de retroalimentación de bucle cerrado de tal manera que, si las hormonas del órgano estimular un órgano B, B de órganos, a su vez segrega hormonas que inhiben la secreción de hormonas de órganos A.

Las acciones concertadas de tanto positivas como negativas influencias hormonales mantener así homeostasis. Un ejemplo de dicha regulación de retroalimentación negativa es el control de la secreción de la hormona corticotropina (ACTH) por la glándula pituitaria anterior. El aumento de ACTH estimula la corteza suprarrenal para producir y secretar cortisol, que a su vez retroalimenta para reprimir aún más la secreción hipofisaria de ACTH. Estos procesos de reglamentación también pueden incluir circuitos de retroalimentación en el que las sustancias no hormonales controlados por los órganos diana regulan la secreción de la hormona.

Por ejemplo, un aumento en la concentración de electrolitos plasmáticos, como consecuencia de la deshidratación estimula la liberación de arginina vasopresina (también llamada hormona antidiurética [ADH]) en el lóbulo neural de la glándula pituitaria, y la vasopresina a su vez actúa sobre el riñón para aumentar la reabsorción de agua desde el túbulo renal, con lo que reajustar las concentraciones séricas de electrolitos hacia niveles normales.

Figura 3-7 ciclos de retroalimentación de regulación del eje hipotálamo-hipófisis de órganos diana. Al ser una combinación de ambos factores inhibidores y estimulantes, hormonas actúan a menudo en concierto para mantener el equilibrio homeostático en la presencia de perturbaciones fisiológicas o fisiopatológicas. Las acciones concertadas de las hormonas suelen establecer circuitos cerrados de retroalimentación por los efectos estimulantes e inhibidoras acoplado a mantener la homeostasis.

En muchos casos, la regulación endocrina es complejo e involucra a las respuestas de varias glándulas endocrinas y los órganos destinatarios respectivos. Después de una comida, la liberación de una docena o más de las hormonas se desencadena como consecuencia de la distensión gástrica, las variaciones en el pH del contenido del estómago y el duodeno, y el aumento de las concentraciones de glucosa, ácidos grasos y aminoácidos en la sangre. El aumento en la glucosa plasmática y los niveles de aminoácidos estimula la liberación de insulina y el péptido hormonas incretinas 1 similar al glucagón y el péptido insulinotrópico dependiente de glucosa y suprime la liberación de glucagón por el páncreas. Ambos efectos de promover la captación neta de glucosa por el hígado, el transporte celular y la insulina aumenta la captación de la glucosa y los niveles sanguíneos más bajos de glucagón disminuir el flujo de glucosa, debido a las tasas de disminución de la glucogenólisis y la gluconeogénesis.

Kronenberg: Williams Textbook of Endocrinology, 11th ed.

Copyright © 2008 Saunders, An Imprint of Elsevier CHAPTER 4 – MECHANISM OF ACTION OF HORMONES THAT ACT ON NUCLEAR RECEPTORS

Mitchell A. Lazar

  ▪

    Ligands that Act Via Nuclear Receptors, 38

  ▪

    Subclasses of Nuclear Receptor Ligands, 38

  ▪

    Orphan Receptors, 39

  ▪

    Variant Receptors, 39

  ▪

    Regulation of Ligand Levels, 39

   ▪    Nuclear Receptor Signaling Mechanisms, 40

   ▪    Domain Structure of Nuclear Receptors, 40

   ▪    Nuclear Localization, 41

   ▪    Hormone Binding, 41

   ▪    Target Gene Recognition by Receptors, 42

   ▪    Receptor Dimerization, 42

   ▪    Receptor Regulation of Gene Transcription, 43

Las hormonas pueden ser divididos en dos grupos en función del lugar en que funcionan en la célula diana. El primer grupo incluye las hormonas que no entran en las células, sino que la señal a través de segundos mensajeros generados por la interacción con los receptores en la superficie celular. Todas las hormonas polipeptídicas, así como monoaminas y las prostaglandinas, utilizan receptores de superficie celular (véase el capítulo 5, "Mecanismo de acción de las hormonas que actúan en la superficie celular"). El segundo grupo, el enfoque de este capítulo, incluye hormonas que pueden entrar en las células. Estas hormonas se unen a receptores intracelulares que funcionan en el núcleo de la célula diana para regular la expresión génica. Clásica hormonas que utilizan receptores intracelulares incluyen la tiroides y las hormonas esteroides.

Las hormonas sirven como una forma importante de comunicación entre los diferentes órganos y tejidos, permitiendo que las células especializadas en los organismos complejos para responder de manera coordinada a los cambios en los entornos internos y externos. Clásica hormonas endocrinas, como las hormonas tiroideas y esteroides, son secretadas por las glándulas de secreción interna y se distribuyen por todo el cuerpo a través del torrente sanguíneo. Estas hormonas se descubrieron mediante la purificación de las sustancias biológicamente activas de las glándulas claramente definible. Se reconoce que muchas otras moléculas de señalización compartir con hormonas tiroideas y esteroides de la capacidad de funcionar en el núcleo para transmitir señales intercelulares y del medio ambiente. No todas estas moléculas se producen en los tejidos glandulares. Además, mientras que algunas de estas moléculas de señalización llegar a los tejidos diana a través del torrente sanguíneo como el clásico hormonas endocrinas, otros tienen funciones paracrina (es decir, actúan sobre las células adyacentes) o funciones autocrina (es decir, actúan sobre la célula de origen). Además de los clásicos de esteroides y las hormonas tiroideas, lipofílicas moléculas de señalización que utilizan receptores nucleares son las siguientes: los derivados de metabolitos vitaminas A y D; endógenos como oxysterols y los ácidos biliares, y los productos químicos no naturales se encuentran en el medio ambiente (xenobióticos). Estas moléculas se denominan genéricamente como ligandos para los receptores nucleares. Los receptores nucleares para todas estas moléculas de

señalización son estructuralmente relacionados y referidos colectivamente como la superfamilia de receptores nucleares. [1] [2] [3] El estudio de estos receptores es un rápido movimiento y campo en evolución, y los lectores interesados en actualizaciones e información más detallada pueden visitar la señalización del receptor nuclear Atlas (http://www.nursa.org/index.cfm).

Los ligandos que actúan a través de receptores nucleares Características generales de los ligandos del receptor nuclear

A diferencia de las hormonas polipeptídicas que funcionan a través de receptores de superficie celular, no ligandos para los receptores nucleares están directamente codificadas en el genoma. Por el contrario, los ligandos de receptores nucleares son pequeñas (peso molecular 1000 [daltons d]) y lipofílicos, lo que les permite entrar en las células. La captación celular de los ligandos del receptor nuclear puede ser un proceso pasivo, pero en algunos casos se trata de una proteína de transporte de membrana. Por ejemplo, el transportador de aniones orgánicos oatp3 media entrada hormona tiroidea en las células. [4] La lipofilia de ligandos de receptores nucleares también les permite ser absorbido por el tracto gastrointestinal, lo que facilita su uso en el reemplazo de los tratamientos farmacológicos de los estados de enfermedad. Otra característica común de ligandos naturales de los receptores nucleares es que todos se derivan de la dieta, el medio ambiente, y los precursores metabólicos. En este sentido, la función de estos ligandos y sus receptores es traducir el humor de los entornos externo e interno en cambios en la expresión génica. Su papel fundamental en el mantenimiento de la homeostasis en los organismos multicelulares se destaca por el hecho de que los receptores nucleares se encuentran en todos los vertebrados, así como los insectos, pero no en organismos unicelulares como las levaduras [5]. Debido a que los ligandos de los receptores nucleares son lipofílicas, la mayoría son fácilmente absorbido por el tracto gastrointestinal. Esto hace que los objetivos de receptores nucleares excelente para las intervenciones farmacéuticas. Por lo tanto, además de ligandos naturales, muchas drogas en uso clínico objetivo receptores nucleares. Estos van desde los que se utilizan para tratar las deficiencias específicas de la hormona a los utilizados para tratar enfermedades comunes multigénicas como la inflamación, cáncer y diabetes tipo 2.

Las subclases de ligandos del receptor nuclear Una clasificación de los ligandos de receptores nucleares se indica en la Tabla 4-1 y se describe a continuación. TABLE 4-1   -- NUCLEAR RECEPTOR LIGANDS AND THEIR RECEPTORS

   Classical Hormones

  Thyroid Hormone: Thyroid hormone receptor (TR), subtypes α, β

   Estrogen: Estrogen receptor (ER), subtypes , α β

   Testosterone: Androgen receptor (AR)

   Progesterone: Progesterone receptor (PR)

   Aldosterone: Mineralocorticoid receptor (MR)

   Cortisol: Glucocorticoid receptor (GR)

   Vitamins

   1, 25-(OH)2-Vitamin D3: Vitamin D receptor (VDR)

   All-trans-retinoic acid: Retinoic acid receptor, subtypes α, β, γ)

   9-cis-retinoic acid: Retinoid X receptor (RXR), subtypes α, β, γ)

   Metabolic Intermediates and Products

  Fatty acids: Peroxisome proliferator activated receptor (PPAR), subtypes α, δ, γ)

   Oxysterols: Liver X receptor (LXR), subtypes α, β)

   Bile acids: Bile acid receptor (BAR)

   Xenobiotics

   Pregnane X receptor (PXR), Constitutive androstane receptor (CAR)

Las hormonas clásica Las hormonas clásica que utilizan para la señalización de receptores nucleares son hormonas tiroideas y las hormonas esteroides. Las hormonas esteroides incluyen cortisol, la aldosterona, estradiol, progesterona y testosterona. En algunos casos (por ejemplo, la hormona tiroidea de los receptores [TR] y genes, receptores de α βestrógeno [ER] y ), hay múltiples genes del receptor de codificación múltiples receptores. receptores múltiples α βpara la misma hormona también puede derivar de un solo gen, ya sea por el uso de promotores alternativos o splicing alternativo (por ejemplo, 1 y 2 TR). β βPor último, algunos receptores pueden mediar en la señal de múltiples hormonas. Por ejemplo, el de mineralocorticoides (aldosterona) receptor (RM) tiene igual afinidad por cortisol [6] y, probablemente, funciona como un receptor de glucocorticoides en algunos tejidos, como el cerebro, y el receptor de andrógenos (AR) se une y responde a la testosterona y dihidrotestosterona (DHT) [7]. Vitaminas Las vitaminas se descubrieron los componentes esenciales de una dieta saludable. Dos vitaminas liposolubles, A y D, son precursores de importantes moléculas de señalización que actúan como ligandos de receptores nucleares. Los precursores de la vitamina D se sintetiza y almacena en la piel y se activa por la luz ultravioleta; vitamina D también puede derivarse de fuentes de alimentación. La vitamina D se convierte en el hígado a 25 (OH) vitamina D y en el riñón a 1,25 - (OH) 2-vitamina D3, el ligando natural más potente del receptor de la vitamina D (VDR). El 1-hidroxilación de la 25 (OH) vitamina D está fuertemente regulado, y 1,25 - (OH) 2-D3 actúa como una hormona de vitamina circulante. La vitamina A se almacena en el hígado y se activa a través del metabolismo del ácido todo-trans-retinoico, que es un ligando de alta afinidad para los receptores del ácido retinoico (RAR). El ácido retinoico es probable que funcione como una molécula de señalización en paracrinos, así como las vías endocrinas. El ácido retinoico también se convierte en su 9-cis-isómero, que es un ligando para otro receptor nuclear llamado el receptor retinoide X (RXR). [8] Se trata de los retinoides y sus receptores son esenciales para la vida normal y el desarrollo de múltiples órganos y tejidos [9]. También tienen utilidad farmacéutica de condiciones que van desde enfermedades de la piel a la leucemia.

Intermediarios metabólicos y Productos Algunos receptores nucleares se han descubierto para responder a las naturales, productos metabólicos endógenos. Los receptores activados por proliferadores de peroxisomas (PPAR) constituyen la mejor definición de la subfamilia metabolito de detección de receptores nucleares. [10] Hay tres subtipos, y todos son activados por los ácidos grasos poliinsaturados. No solo de ácidos grasos tiene afinidad particularmente elevado para cualquier PPAR, y es posible que estos receptores pueden funcionar como integradores de la concentración de un número de ácidos grasos. PPAR se expresa principalmente en el hígado; hasta la fecha, el ligando natural con mayor afinidad por el PPAR esα α un eicosanoides, 8 (S)-ácido hidroxieicosatetraenoico, [11] [12] aunque la evidencia reciente sugiere que el ligando natural puede ser un derivado del ácido graso de la lipólisis de lipoproteínas ricas en triglicéridos circulantes. [13] La clase de medicamentos fibratos para reducir los lípidos son ligandos potente para PPAR , y el nombre de PPARα α se deriva de la capacidad de estos compuestos para inducir la proliferación de peroxisomas en el hígado. [ 14] De hecho, la estimulación de la oxidación de ácidos grasos es una de las funciones fisiológicas principales de PPAR . αLos PPARs otros ( y ) son estructuralmente relacionadas pero no son activados por proliferadores deδ γ peroxisomas. PPAR- (también conocido como PPAR- ) es omnipresente, y sus ligandos-otros no-que los ácidosδ β grasos se caracterizan también. La activación de PPAR parece aumentar el metabolismo oxidativo en el músculoδ esquelético y la grasa. PPARg se expresa principalmente en las células grasas (adipocitos) y es necesaria para la diferenciación a lo largo del linaje de los adipocitos. [15] PPARg se expresa también en otros tipos celulares, incluyendo colonocitos, macrófagos y células endoteliales vasculares, donde se puede jugar fisiológicos, así como funciones patológicas. El ligando natural para PPARg no se conoce, aunque la prostaglandina derivados J tienen la mayor afinidad (en el rango micromolar). [16] [17] [18] Es emocionante saber que PPARg parece ser el blanco de las tiazolidindionas antidiabéticos que mejoran la sensibilidad a la insulina. [15] [19] Se trata de obligar a los agentes farmacéuticos de PPARg con afinidades nanomolar, y ligandos PPARg no tiazolidinediona también sensibilizadores

de insulina, implicando más PPARg en este papel fisiológico. Otro de los receptores nucleares que responde metabolito, el hígado llamada receptor X (LXR), se activa por oxysterol intermedios en la biosíntesis del colesterol. Los ratones que carecen LXR- han drásticamente menorα capacidad para metabolizar el colesterol. [20] Otro de los receptores "huérfanos", receptor de ácido biliar (BAR), también conocido como FXR, o "farnesil receptor X", es probable que desempeñe un papel en la regulación de síntesis de la bilis y la circulación en condiciones normales, así como estados de la enfermedad [8].

Xenobióticos Otros receptores nucleares parecen funcionar como integradores de señales exógenas del medio ambiente, incluyendo endobiotics naturales (por ejemplo, productos medicinales y de las toxinas encontradas en las plantas) y xenobióticos (compuestos que no son de origen natural). [14] En estos casos, el papel de la activa nucleares receptor es inducir las enzimas del citocromo P450 que facilitan la desintoxicación de compuestos potencialmente peligrosos en el hígado. Los receptores de esta categoría incluyen SXR, o esteroles y el receptor de xenobióticos (también conocido como pregnano receptor X, o PXR), el receptor [15] y CAR, o constitutiva androstan. [16] Curiosamente, PPAR también se activa por determinadas sustancias químicas ambientales. αA diferencia de otros receptores nucleares que tienen gran afinidad por los ligandos muy específicos, los receptores de xenobióticos tienen baja afinidad por un gran número de ligandos, lo que refleja su función en defensa de un ambiente variado y difícil. Aunque estos compuestos xenobióticos claramente no son "hormonas" en el sentido clásico, la función de estos receptores nucleares es coherente con el tema general de ayudar al organismo a hacer frente a los retos medioambientales. Receptores huérfanos La superfamilia de receptores nucleares es una de las más grandes familias de factores de transcripción. Las hormonas y vitaminas que acabamos de describir en cuenta para las funciones de sólo una fracción del número total de receptores nucleares. El resto han sido designados como receptores huérfanos porque sus ligandos putativas no se conocen [21]. De los análisis de los ratones y los seres humanos con mutaciones en diferentes receptores huérfanos, es evidente que muchos de estos receptores son necesarios para la vida o el desarrollo de órganos específicos que van desde los núcleos del cerebro a las glándulas endocrinas. Algunos receptores huérfanos parecen estar activas en la ausencia de ligando ("constitutivamente activo") y no pueden responder a un ligando natural. Sin embargo, todos los receptores conocidos para responder a los metabolitos y los compuestos del medio ambiente se han descubierto como los huérfanos. Por lo tanto, es probable que las futuras investigaciones adicionales que se encuentran receptores huérfanos funcionan como receptores para fisiológicas, farmacológicas, o ligandos del medio ambiente.

Variante Receptores Según lo discutido, el carboxilo (C-) terminal de los receptores nucleares es responsable de la unión de la hormona. En el caso de los receptores nucleares pocos, incluyendo TR y el receptor de glucocorticoides, splicing alternativo lleva a la producciónα de los receptores de la variante con un único extremo C-terminal que no se unen al ligando. [22] [23] Estos receptores se expresan normalmente variante, pero su relevancia biológica es incierta. Se ha especulado que modulan la acción del receptor de la clásica a la que se relacionan mediante la inhibición de su función. Otros tipos de variantes que normalmente ocurre receptores nucleares carecen de un clásico de ácido desoxirribonucleico (ADN) dominio de unión (ver "Target Gene reconocimiento por los receptores"). Estos incluyen el DAX-1, que se encuentra mutado en la enfermedad humana, [24] y SHP-1. [25] Sus ligandos, en su caso, no se conocen, y es probable que el DAX-1 y SHP-1 se unen a reprimir y las acciones de los otros receptores. Raras, natural mutaciones de los receptores hormonales pueden causar resistencia a la hormona en los pacientes afectados. [26] La herencia del fenotipo de resistencia hormonal puede ser dominante si el receptor mutante inhibe la acción del receptor normal, como con la resistencia a la hormona tiroidea o ligandos PPARg. [26] La herencia es recesiva si los resultados de una mutación en la pérdida completa de la función del receptor, como ocurre con el síndrome de raquitismo hereditario resistente D 1,25-dihidroxivitamina. [27] La herencia también puede ser ligada al cromosoma X, al igual que el andrógeno mutado receptores en los síndromes de insensibilidad a los andrógenos, incluyendo la feminización testicular [28].

Regulación de los niveles de ligandos Ligando los niveles se puede regular en una serie de formas (Tabla 4-2). Un precursor dietéticos no pueden estar disponibles en cantidades necesarias, como ocurre en el hipotiroidismo debido a la carencia de yodo. Hormonas hipofisarias (por ejemplo, hormona estimulante del tiroides) regulan la síntesis y secreción de hormonas tiroideas clásica y un esteroide. Cuando las glándulas que sintetizan estas hormonas no, la deficiencia de la hormona puede ocurrir. TABLE 4-2   -- MECHANISMS REGULATING LIGAND LEVELS

   Precursor availability

   Synthesis

   Secretion

   Activation (prohormone ➙ active hormone)

   Deactivation (active hormone ➙ inactive hormone)

   Elimination (hepatic, renal clearance)

Muchos de los ligandos del receptor nuclear se convierte enzimáticamente de prohormonas inactivas a la hormona biológicamente activa (por ejemplo, 5 'desyodación de tiroxina] [T4 en triyodotironina T3] [consulte el Capítulo 10). En otros casos, una hormona es precursor de otro (por ejemplo, la aromatización de la testosterona en estradiol). Biotransformación puede ocurrir en un tejido específico que no es el objetivo principal de la hormona (por ejemplo, 1-hidroxilación renal de vitamina D, ver capítulo 27) o puede ocurrir principalmente en los tejidos de destino (por ejemplo, 5 -reducción de la αtestosterona a DHT; véase el capítulo 18). Deficiencia o inhibición farmacológica de esta enzima puede también reducir los niveles de la hormona [29].Las hormonas pueden ser inactivados por los mecanismos normales de la depuración hepática o renal o por procesos enzimáticos más específicos. En este último caso, la reducción en la actividad enzimática, debido a mutaciones genéticas o farmacológicas agentes pueden dar lugar a síndromes de exceso de hormona, por ejemplo, la desactivación renal de cortisol por deshidrogenasa 11- -hidroxiesteroide (11 -OHSD). Porque, como se señaló anteriormente, el cortisol puede activar el β βreceptor mineralocorticoide, la insuficiente actividad 11 -OHSD debido a la ingestión de regaliz, la mutación de genes, o los βniveles de cortisol muy altas causas de los síndromes de exceso de mineralocorticoides aparente [30].Mecanismos de señalización del receptor nuclearLos receptores nucleares son proteínas multifuncionales que transduce las señales de sus ligandos afines. Características generales de los receptores nucleares de señalización se ilustran en la figura. 4-1.

Figura 4-1 Transducción de señales por las hormonas y otros ligandos que actúan a través de receptores nucleares. Educación en derechos humanos, elemento hormonal respuesta; ARNm, ácido ribonucleico mensajero.

En primer lugar, el ligando y el receptor nuclear debe llegar al núcleo. El receptor nuclear también deben unirse a su ligando con alta afinidad. Debido a que una función principal del receptor es regular selectivamente la transcripción de genes diana, debe reconocer y unirse a elementos promotores de los genes objetivo correspondiente. Uno de los mecanismos discriminatorios es dimerización de un receptor con una segunda copia de sí mismo o con otro receptor nuclear.

El receptor de ADN obligados también deben trabajar en el contexto de la cromatina a la señal de la maquinaria de transcripción basal para aumentar o disminuir la transcripción del gen diana. A lo largo de la siguiente discusión sobre los mecanismos y la regulación de la señalización por receptores nucleares, se debe tener en cuenta que algunos mecanismos básicos son generalmente utilizados por muchos o todos los miembros de la superfamilia de receptores nucleares, mientras que otros mecanismos de difundir la especificidad que es crucial para el efectos biológicos muy diferentes de las muchas hormonas y ligandos que utilizan estos receptores relacionados.

Estructura del dominio de los receptores nucleares Los receptores nucleares son proteínas cuyos pesos moleculares son generalmente entre 50.000 y 100.000 d. Todos ellos comparten una serie común de dominios, conocidos como la A a la F (fig. 4-2). Esta descripción lineal de los receptores es útil para describir y comparar los receptores, pero no captura el papel de plegamiento de las proteínas y la estructura terciaria en la mediación de las funciones de los receptores diferentes. Al escribir estas líneas, el receptor no de cuerpo entero hormonales nucleares se ha cristalizado, pero las estructuras de los dominios individuales han sido muy reveladores, como queda claro en los debates de las funciones de los receptores específicos que siguen. Figura 4-2 Estructura dominio de los receptores nucleares.

Localización nuclear Los receptores nucleares, como todas las proteínas celulares, se sintetizan en los ribosomas que residen fuera del núcleo. La importación de los receptores nucleares en el núcleo requiere la señal de localización nuclear (NLS), que se encuentra cerca de la frontera de la C y D dominios (ver fig. 4-2). Como resultado de sus señales de localización nuclear, la mayoría de los

receptores nucleares residen en el núcleo en ausencia, así como en la presencia, del ligando. Una excepción importante es el receptor de glucocorticoides (GR), que, a falta de la hormona, está amarrado en el citoplasma de un complejo de moléculas chaperonas, incluyendo las proteínas de choque térmico (HSP). Unión de la hormona a los recursos genéticos induce un cambio conformacional que resulta en la disociación del complejo de acompañante, lo que permite el GR-hormona activa para al núcleo a través de su señal de localización nuclear. Unión de la hormona De alta afinidad de unión de un ligando lipofílico es una característica común de muchos receptores nucleares. Esta función la definición del receptor está mediada por los dominios C-terminal de unión ligando-(LBDS), los dominios D y E en la figura. 4-2. Esta región del receptor también tiene muchas otras funciones, incluyendo la inducción de la dimerización y la regulación transcripcional (ver "La dimerización del receptor" y "receptor de Regulación de la transcripción del gen" más abajo). La estructura del LBD se ha resuelto por un número de receptores. Todos ellos comparten una estructura general similar, formado por 12 segmentos de -helicoidal en una estructura muy plegado terciario (Fig. 4-3A). El ligando se une en unα bolsillo hidrofóbico compuesto de aminoácidos en la hélice 3 (H3), H4 y H5. El principal cambio estructural inducido por la unión del ligando es un plegamiento interno de la hélice C-terminal de la mayoría (H12), que forma un tapón en el bolsillo de unión al ligando (ver fig. 4-3B). Aunque el mecanismo general de la unión del ligando es similar para todos los receptores, los detalles son cruciales en la determinación de especificidad del ligando. [31] [32] Aunque los detalles moleculares de la unión del ligando están fuera del alcance de este capítulo, este es el determinante más importante de la especificidad del receptor.

Figura 4-3 bases estructurales de la unión del ligando del receptor nuclear y la contratación cofactor. A y B, Apo-receptor (sin ligando unido), B y D, ligando del receptor de ruedas. C y D, Estructuras mostrando la unión de posición de correpresor (C) o coactivador (D).

Objetivo para el reconocimiento de genes por los receptoresOtro factor crucial para la especificidad de los receptores nucleares es su capacidad para reconocer y unirse al subconjunto de genes que se rigen por sus ligandos afines. Objetivo genes contienen secuencias específicas de ADN que se denominan elementos de respuesta hormonal (HREs). La unión a la educación en derechos humanos está mediada por el dominio C central de los receptores nucleares (ver fig. 4-2). Esta región se componen típicamente de 66 a 68 aminoácidos, entre ellos dos subdominios llamados dedos de zinc debido a la estructura de cada subdominio es mantenido por cuatro residuos de cisteína que se coordinan con un átomo de zinc.El primero de estos módulos ordenó zinc contiene aminoácidos básicos que el ADN de contacto, como con el LBD, la estructura global del dominio de unión al ADN (DBD) es muy similar para todos los miembros de la superfamilia de receptores nucleares. La especificidad de unión a DNA está determinada por múltiples factores (Tabla 4-3). Todos los receptores de hormonas esteroides, a excepción del receptor de estrógeno (ER), se unen a la doble cadena de ADN de secuencia AGAACA (fig. 4-4).

TABLE 4-3   -- DETERMINANTS OF TARGET GENE SPECIFICITY OF NUCLEAR RECEPTORS

Specificity Factor Region of Receptor

Binding to DNA DNA-binding domain (DBD, C domain)

Binding to specific hexamer (AGGTCA vs. AGAACA) P-Box in C-domain

Binding to sequences 5′ to hexamer C-terminal extension of DBD

Binding to hexamer repeats Dimerization domain (C domain for steroid receptors, D-E-F for others)

Recognition of hexamer spacing Heterodimerization with RXR (nonsteroid receptors, C domain)

Figura 4-4 base estructural de los receptores nucleares (NR) especificidad de unión al ADN. diagramas de la cinta de opciones de los dominios de unión al receptor de ADN-(DBDs) se muestran. Un receptor de la hormona esteroide vinculante como homodímero de repetición invertida (flechas) de media AGAACA in situ. B, heterodímero RXR-NR vinculante para repetir directa de AGGTCA. La posición de la P-caja, la región de la DBD que hace contacto directo con el ADN, se muestra. N, Número de pares de bases entre los dos medios centros, RXR, receptor retinoide X.

Por convención, la secuencia de doble cadena es descrito por la secuencia de una de las cadenas complementarias, con las

bases ordenado de los 5 'al extremo 3'. Otros receptores nucleares reconocen la secuencia de AGGTCA. El determinante principal de esta especificidad es un grupo de residuos de aminoácidos en la llamada P-caja de la DBD (ver fig. 4-4). Estas secuencias de ADN hexámero se conocen como medio-sitios. Las dos únicas diferencias entre estos hexamérica medio-sitios son los dos pares de bases centrales (subrayado). Para algunos receptores nucleares, la extensión C-terminal de la DBD contribuye especificidad para ampliación de la mitad de sitios que contienen adicionales, el ADN altamente específicas secuencias 5 'a la hexámero (ver fig. 4-2). Otra fuente de la especificidad de los genes diana es el espacio y la orientación de estos sitios de media, que en la mayoría de los casos están vinculados por dímeros de los receptores.

Dimerización del receptor Como se señaló anteriormente, el receptor nuclear DBD tiene afinidad por el medio hexamérica in situ, o ampliación de la mitad sitios; HREs muchos, sin embargo, están compuestas de repeticiones de la secuencia de media página, y la mayoría de obligar a los receptores nucleares HREs como dímeros. receptores de esteroides, incluyendo ER, funcionan principalmente como homodímeros, que preferentemente se unen a dos medio-sitios orientados hacia la otra (repeticiones invertidas) con tres pares de bases en el medio (IR3) (ver fig. 4-4A). El dominio de dimerización principales receptores de esteroides se encuentra dentro del dominio C-, aunque el LBD contribuye. Ligando vinculante facilita dimerización y unión al ADN de los receptores de hormonas esteroides. La mayoría de otros receptores, incluyendo TR, RAR, VDR, PPAR, LXR, y VDR, se unen al ADN como heterodímeros con RXR (ver fig. 4-4B). Heterodimerización con RXR está mediada por dos interacciones distintas, una de ellas y la LBDS DBDs demás casos. El receptor de LBD media la interacción fuerte, que se produce incluso en ausencia de ADN. Estos heterodímeros de receptores se unen a dos medio-sitios dispuestos como repeticiones directas (DR) con un número variable de pares de bases en el medio. La distancia de la media sitios es un factor determinante de la especificidad de destino gen. Esto se debe a la interacción receptor-receptor de segundo, lo que implica la DBDs y es muy sensible a la distancia de la media sitios. Por ejemplo, VDR / RXR heterodímeros se unen preferentemente a repeticiones directas separadas por tres bases (sitios DR3), TR / RXR se une DR4, y RAR / RXR se une DR5 con mayor afinidad [33]. La base estructural de esta restricción a la unión al ADN se relaciona con el hecho de que el RXR se une a la media aguas arriba de sitio (más alejado del inicio de la transcripción). Como resultado de la periodicidad de la hélice de ADN, cada par de bases que separa el medio-sitios conduce a una rotación de unos 36 grados de media-un sitio con respecto al otro. diferencias sutiles en la estructura del receptor de LBDS hacer las interacciones DBD más o menos favorables, en los diferentes grados de rotación. [34]

Reglamento del receptor de la transcripción del genLos receptores nucleares mediar en una variedad de efectos sobre la transcripción de genes.

Las modalidades más comunes de la regulación son la activación de genes dependientes de ligando, la represión ligando-independiente de la transcripción y la regulación negativa ligando-dependiente de la transcripción (Tabla 4-4). En el resto de este capítulo se describen estos mecanismos.

TABLE 4-4   -- REGULATION OF GENE TRANSCRIPTION BY NUCLEAR RECEPTORS

   1.    Ligand-dependent gene activation: DNA binding and recruitment of coactivators

   2.    Ligand-independent gene repression: DNA binding and recruitment of corepressors

  3.    Ligand-dependent negative regulation of gene expression: DNA binding and recruitment of corepressors or

recruitment of coactivators off DNA

La activación ligando-dependiente La activación ligando-dependiente es la función más bien entendida de los receptores nucleares y sus ligandos. En este caso, aumenta la transcripción del receptor del ligando enlazado a un gen diana a la que esté obligado. El DBD sirve para acercar los dominios de los receptores que median la activación de la transcripción de un gen específico. la activación transcripcional en sí está mediada principalmente por el LBD, que puede funcionar de la misma manera, incluso cuando se transfiere a una proteína de unión al ADN que no se relaciona con receptores nucleares. La función de activación (AF) de la LBD se le conoce como AF-2 (ver fig. 4-2). la transcripción de genes es mediada por un gran complejo de factores que en última instancia, regulan la actividad del ácido ribonucleico (ARN) de la polimerasa, la enzima que utiliza el ADN cromosómico plantilla para dirigir la síntesis de ARN mensajero. La mayoría de los genes de mamíferos son transcritos por la RNA polimerasa II, utilizando una gran cantidad de proteínas cofactor, incluidos los factores de transcripción basal, y los factores asociados colectivamente se hace referencia aquí como factores de transcripción generales (GTFs). Los detalles sobre GTFs son de fundamental importancia y están

disponibles en otros lugares [35]. El receptor nuclear ligando enlazado comunica señales estimulantes a GTFs en el gen al que se destina. Ligandos específicamente contratar a un conjunto de proteínas con el receptor nuclear LBD [36]. Positivamente en calidad cofactores, llamado coactivadores, reconocen específicamente la conformación ligando enlazado de la LBD y se unen al receptor nuclear de ADN sólo cuando una activación ("agonista") hormona o ligando se une. [37] Una serie de proteínas que se unen a coactivador liganded receptores nucleares se han descrito (tabla 4-5) [37]. TABLE 4-5   -- NUCLEAR RECEPTOR COACTIVATORS AND COREPRESSORS

COACTIVATORS

  

1.    Chromatin Remodeling

   Swi/Snf complex

  

2.    Histone Acetyl Transferase

   p160 family (SRC-1, GRIP-1, pCIP)

   p300/CBP

   pCAF (p300/CBP-associated factor)

  

3.    Activation

   TRAP/DRIP (thyroid receptor associated proteins/D-receptor interacting proteins)

COREPRESSORS

   N-CoR (Nuclear receptor corepressor)

   SMRT (Silencing mediator for retinoid and thyroid hormone receptors)

El determinante más importante del coactivador vinculante es la posición de H12, que cambia drásticamente al activar receptores se unen a ligandos (ver fig. 4-3D). Junto con H3, H4 y H5, H12 forma una hendidura hidrofóbica que está obligado por regiones polipeptídicas de las moléculas cortas coactivador. [38] [39] [40] Estos polipéptidos, llamado NR cajas, tienen secuencias características de LxxLL, donde L es la leucina y xx puede ser cualquiera de los dos aminoácidos [41]. Coactivadores aumentar la tasa de transcripción de los genes. Esto se logra mediante las funciones enzimáticas, incluyendo DNA desenrollado actividad, así como acetiltransferasa de histonas (HAT) actividad [42]. HAT actividad es de importancia crítica para la activación porque el ADN cromosómico se enrollan firmemente alrededor de unidades nucleosomal compuesta de proteínas histonas. La acetilación de las colas de lisina de las histonas "abre" esta estructura de la cromatina. La clase comprende mejor coactivador de proteínas es el denominado p160 de la familia, cuyo nombre se basa en su tamaño (~ 160 kd). Hay por lo menos tres moléculas, cada una con los nombres de numerosos (ver Tabla 4-5). [43] Estos factores poseen actividad HAT y recluta coactivadores otros (CBP y p300), que también son los sombreros. Un HAT tercera, llamada factor de p300/CBP-associated (PCAF), también es contratado por los receptores liganded. Juntos estos sombreros, junto con un complejo de moléculas llamadas SWI / SNF, que dirige trifosfato de adenosina (ATP)-dependiente de ADN relajarse, crear una estructura de la cromatina que favorece la transcripción (fig. 4-5) [44].

Figura 4-5 coactivadores y correpresores en la regulación transcripcional por los receptores nucleares. CBP, proteína calcio-vinculante; PRD, D-proteína del receptor que interactúan; HRE, elemento de respuesta hormonal; HAT, histona acetiltransferasa; HDAC, histona deacetilasa; N-CDR, correpresor receptor nuclear; NR, receptor nuclear; PCAF, CBP/p300- factor asociado; SMRT, mediador silenciamiento de los receptores retinoides y tiroides; TRAP, la proteína del receptor de la hormona tiroidea asociada.

Es posible que la contratación de HAT múltiples refleja diferentes especificidades de histonas y otras posibles, las proteínas no histonas. Algunos sombreros también interactuar directamente con GTFs y aumentar aún más sus actividades. Un importante complejo que también enlaza a los receptores nucleares GTFs es la trampa (proteína asociada al TR) o goteo (proteínas asociadas al receptor D) complejos. [45] [46] los sombreros y los factores TRAP son reclutados para el receptor liganded, meta-gen ligado en una forma ordenada que también involucra en bicicleta dentro y fuera de los objetivos del gen receptor por un mecanismo que todavía no se entiende [47]. La represión de la expresión génica de los receptores Unliganded Aunque la unión al DNA es dependiente de ligando para los receptores de hormonas esteroides, otros receptores nucleares tienen la obligación de ADN, incluso en ausencia de su ligando afines. El receptor unliganded ADN-dependiente no espera pasivamente la hormona, sino que activamente reprime la transcripción del gen diana. Esta represión tanto "apaga" el gen de interés y amplifica la magnitud de la posterior activación de la hormona o ligando. Por ejemplo, si el nivel de la transcripción de genes en el estado reprimido es del 10% del nivel basal en la ausencia del receptor, una hormona de activación a 10 veces por encima de ese nivel basal representa una diferencia de 100 veces la tasa de transcripción entre la hormona de deficiente (reprimido) los genes y los genes de la hormona activa.

Figura 4-6 La represión y las funciones de activación de aumentar el rango dinámico de regulación transcripcional por los receptores nucleares. Educación en derechos humanos, elemento hormonal respuesta. La magnitud de la activación y la represión se establecen de manera arbitraria a 10 veces para este ejemplo teórico. En las células de estas magnitudes varían en función del coactivador y la concentración corpressor, así como de una manera meta-gen-específicas.

En muchos sentidos, el mecanismo molecular de la represión es el reflejo de la activación ligando-dependiente. El receptor nuclear unliganded reclutas actuando negativamente factores (correpresores) para el gen de interés (ver fig. 4-3C). Los dos principales correpresores son grandes (~ 270 kd) proteínas, llamadas receptores nucleares correpresor (N-CDR) y el silenciamiento de los receptores retinoides mediador y de la tiroides (SMRT) [49]. N-CDR y SMRT reconocen específicamente la conformación de los receptores nucleares unliganded y el uso de una secuencia de anfipáticas helicoidal similar a la caja de NR coactivadores de obligar a un bolsillo hidrofóbico en el receptor. Para correpresores, el péptido responsable de la unión al receptor se llama el cuadro de CoRNR y contiene la secuencia (I o L) xx (I o V) I (donde I es la isoleucina, leucina L, V es la valina, y representa xx cualquiera de los dos aminoácidos ácidos). [50] El receptor utiliza hélices 3 a 5 para formar el bolsillo hidrofóbico, como en coactivador vinculante, pero H12 no promueve e incluso obstaculiza correpresor vinculante. Este comportamiento negativo de H12 se destaca el papel del cambio ligando-dependiente de la posición de H12 como también el interruptor que determina la represión y la activación de los receptores nucleares (ver fig. 4-5) [51].

Las funciones de la transcripción de la N-CDR y SMRT son lo contrario de las de los coactivadores. El correpresores mismos no poseen actividad enzimática pero deacetilasas contratar histonas (HDACs) para el gen de interés, invirtiendo así los efectos de la acetilación de las histonas descritas anteriormente y que conducen a un acuerdo, estado reprimido de la cromatina. Aunque el genoma de los mamíferos contiene HDACs múltiples, varios de los cuales pueden jugar un papel en la función de receptores nucleares, el principal implicado en la represión es HDAC3, cuya actividad enzimática en realidad depende de la interacción con la N-CDR o SMRT. [52] El correpresores también interactúan directamente con GTFs para inhibir su actividad transcripcional, y existen en grandes complejos multiproteicos cuya gama de funciones todavía no está totalmente entendido. Regulación negativa ligando-dependiente de la expresión génica (transrepresión) El interruptor ligando-dependiente entre las conformaciones de los receptores activados reprimidos y explica cómo las hormonas activan la expresión génica. Sin embargo, muchos objetivos gene importante de las hormonas están apagados en presencia del ligando. Esto se conoce como regulación negativa ligando-dependiente de la transcripción, o transrepresión, para distinguirlo de la represión de la transcripción basal de los receptores unliganded. El mecanismo de regulación negativa es menos conocido que la activación ligando-dependiente, y, de hecho, puede haber más de un mecanismo. [53] Uno de los mecanismos implica receptor nuclear de unión a los de unión al ADN que cambiar radicalmente el paradigma de la activación ligando-dependiente ( elementos negativos de respuesta). Ligando enlazado a receptores correpresores contratar y la actividad HDAC a tal unión

sitios. Por ejemplo, cuando se une el TR unliganded al elemento de respuesta negativa del gen de la subunidad de laβ hormona estimulante del tiroides (TSH), la transcripción se activa. Ligando correpresores reclutas vinculante y HDAC a la TR y conduce a la supresión de la transcripción. En otros casos, se ha postulado que la regulación negativa puede resultar de la unión del ligando a los receptores nucleares que se unen a otros factores de transcripción, sin unión al ADN. Esta interacción da lugar a la eliminación de coactivadores como p300 y CBP de los otros factores de transcripción que regulan positivamente el gen. En este modelo, la inhibición de la actividad de los resultados de manera positiva en calidad factores en la regulación negativa observada.

Papel de otros dominios del receptor nuclearEl N-terminal A / B de dominio de los receptores nucleares es la región más variable entre todos los miembros de la superfamilia en términos de duración y la secuencia de aminoácidos. Incluso los subtipos del receptor misma frecuencia tienen completamente diferente A / B dominios. La función de este ámbito es por lo menos bien definidos. No es necesario para la represión o activación unliganded ligando-dependiente. En muchos receptores, el A / B de dominio contiene una actividad transcripcional positiva, a menudo denominada AF-1 (ver fig. 4-2), que es independiente del ligando, pero probablemente interacciona con coactivadores y pueden influir en la magnitud de la activación por los agonistas o agonistas parciales. Esta función es la activación específica de los tejidos y tiende a ser más importante para los receptores de hormonas esteroides, cuyo A / B dominios son notablemente más largos que los de otros miembros de la superfamilia [54]. El dominio de F, de los receptores nucleares es hipervariable de longitud y secuencia, y su función no se conoce.

Las interferencias con otras vías de señalizaciónLas hormonas y citoquinas que señal a través de receptores de superficie celular también regulan la transcripción de genes, a menudo mediante la activación de las proteínas quinasas que fosforilan factores de transcripción como AMPc-proteína respuesta elemento vinculante (CREB). Esas señales también pueden conducir a la fosforilación de los receptores nucleares. quinasas dependientes múltiples señales fosforilación de receptores nucleares, que producen cambios conformacionales que regulan la función [55]. fosforilación puede conducir a cambios en la unión a ADN, la unión del ligando, o coactivador vinculante; estas consecuencias variable dependerá de la cinasa específica del receptor, y el dominio del receptor que se encuentra fosforilada. Las propiedades de coactiva-res y las moléculas correpresor también están reguladas por la fosforilación.

Antagonistas de los receptoresAlgunos ligandos funcionar como antagonistas de los receptores, compitiendo con agonistas para el sitio de unión al ligando. En el caso de receptores de hormonas esteroides, la posición de H12 en el antagonista de los receptores con destino no es idéntica a la del receptor de unliganded o el receptor agonista determinado. H12, que a su vez tiene una secuencia similar a la caja de NR, se une a la bolsa coactivador de unión del receptor y por tanto, evite coactivador vinculante. [56] Esta conformación antagonista del receptor de la envolvente también favorece la unión a correpresor receptores de hormonas esteroides.

Los ligandos del tejido-selectivaAlgunos ligandos funcionan como antagonistas en algunos tejidos pero como agonistas totales o parciales en otros. Estos moduladores selectivos del receptor incluyen compuestos como el tamoxifeno, un modulador selectivo del receptor de estrógeno (SERM). Los SERMs son antagonistas de receptores de estrógeno con respecto a las funciones de AF-2, incluyendo coactivador vinculante, y requieren la función AF-1 por su actividad agonista. [57] Tal agonismo, como AF-1 actividad, tiende a ser específico de tejido y por lo tanto tiene gran utilidad terapéutica [58].Además de las drogas, ciertos ligandos endógenos (por ejemplo, la testosterona, la DHT) también mediadores de los efectos específicos de tejido. La base molecular de la actividad específica de los tejidos no se entiende bien, pero se debe probablemente a la expresión o la actividad transcripcional de cofactores que diferencian entre los receptores unidos a diferentes ligandos. La tabla 4-6 resume los factores que contribuyen al tejido especificidad de la actividad del receptor.

TABLE 4-6   -- FACTORS MODULATING RECEPTOR ACTIVITY IN DIFFERENT TISSUES

   Receptor concentration

   Ligand concentration

   Ligand function (agonist, partial agonist, antagonist)

   Concentrations and types of coactivators and corepressors

   Phosphorylation state of nuclear receptor

CHAPTER 5 – MECHANISM OF ACTION OF HORMONES THAT ACT AT THE CELL SURFACE

Allen Spiegel   Christin Carter-Su   Simeon I. Taylor

   ▪    Receptors, 47

   ▪    Hormone Binding, 48

   ▪    Regulation of Hormone Sensitivity, 48

   ▪    Receptor Tyrosine Kinases, 48

   ▪    Downstream Signaling Pathways, 51

   ▪    Off Signals: Termination of Hormone Action, 53

   ▪    Mechanisms of Disease, 53

   ▪    Receptor Serine Kinases, 54

  ▪    Receptors that Signal through Associated Tyrosine

Kinases, 55

   ▪    G Protein–Coupled Receptors, 58

  ▪    G Protein–Coupled Receptor Interactions with Other

Proteins, 61

Las hormonas son secretadas a la sangre y actúan sobre las células diana a una distancia de la glándula de secreción. In order to respond to a hormone, a target cell must contain the essential components of a signaling pathway. A fin de responder a una hormona, una celda de destino debe contener los elementos esenciales de una vía de señalización. First, there must be a receptor to bind the hormone. En primer lugar, debe haber un receptor de obligar a la hormona. Second, there must be an effector—or example, an enzymatic activity that is regulated when the hormone binds to its receptor. En segundo lugar, debe haber un efector-o ejemplo, una actividad enzimática que se regula cuando la hormona se une a su receptor. Finally, there must be appropriate downstream signaling pathways to mediate the physiologic responses to the hormone. Por último, deben ser adecuadas vías de señalización de salida para mediar en las respuestas fisiológicas a la hormona. In fact, this type of mechanism involving receptors, effectors, and downstream signaling pathways is quite general and also functions in nonendocrine systems such as those regulated by neurotransmitters, cytokines, and paracrine and autocrine factors. De hecho, el tipo de mecanismo que implica receptores, efectores, y aguas abajo las vías de señalización que es bastante general y también funciona en los sistemas endocrinos, tales como las reguladas por los neurotransmisores, citoquinas y factores paracrinos y autocrinos. This chapter reviews several examples of endocrine signaling pathways that begin with activation of receptors located on the surface of target cells, with particular attention to the molecular mechanisms that function in normal physiology and to the molecular pathology causing disease. Este capítulo examina varios ejemplos de las enfermedades endocrinas vías de señalización que se inician con la activación de los receptores situados en la superficie de las células diana, con especial atención a los mecanismos moleculares que funcionan en la fisiología normal y la patología molecular que causa la enfermedad.

Receptors Receptores

Definition and Classification Definición y Clasificación

There are two essential functions that define hormone receptors: (1) the ability to bind the hormone and (2) the ability to couple hormone binding to hormone action. Hay dos funciones esenciales que definen a los receptores hormonales: (1) la capacidad de obligar a la hormona y (2) la capacidad de unión de la hormona Pareja a la acción hormonal. Both components of the definition are essential; for example, many hormones bind to binding proteins that are distinct from receptors because the binding proteins do not trigger the signaling pathways that mediate hormone action. Ambos componentes de la definición son esenciales, por ejemplo, muchas hormonas se unen a las proteínas de unión que se distinguen de los receptores de las proteínas de unión, porque el no activan las vías de señalización que median la acción hormonal.

Many classes of receptors are of interest in endocrinology. Muchas clases de receptores son de interés en endocrinología. Some receptors are located within the cell and function as transcription factors (eg, receptors for steroid and thyroid hormones). Algunos receptores están localizados dentro de la célula y funcionan como factores de transcripción (por ejemplo, los receptores de las hormonas tiroideas y esteroides). Other receptors are located on the cell surface and function primarily to transport their ligands into the cell by a process referred to as receptor-mediated endocytosis (eg, low-density lipoprotein receptors). Otros receptores se encuentran en la superficie de la célula y la función principalmente para el transporte de sus ligandos en la célula por un proceso denominado endocitosis mediada por receptor (por ejemplo, densidad de la lipoproteína receptores de baja). In this chapter, we focus upon cell-surface receptors that trigger intracellular signaling pathways. These

cell-surface receptors can be classified according to the molecular mechanisms by which they accomplish their signaling function: En este capítulo, nos concentramos en la superficie de los receptores de las células que desencadenan vías de señalización intracelular. Estos receptores de superficie de las células se pueden clasificar de acuerdo a los mecanismos moleculares por los cuales realizan sus funciones de señalización:

1. 1.

Ligand-gated ion channels (eg, nicotinic acetylcholine receptors) Ligando los canales iónicos (por ejemplo, los receptores de acetilcolina nicotínicos)

2. 2.

Receptor tyrosine kinases (eg, receptors for insulin and insulin-like growth factor I [IGF-I]) Receptor tirosina quinasas (por ejemplo, los receptores para la insulina y del factor de crecimiento como la insulina-I [IGF-I])

3. 3.

Receptor serine/threonine kinases (eg, receptors for activins and inhibins) serina del receptor / treonina cinasas (por ejemplo, los receptores de activinas y Inhibinas)

4. 4.

Receptor guanylate cyclase (eg, atrial natriuretic factor receptor) Receptor de la guanilato ciclasa (por ejemplo, natriurético auricular del receptor del factor)

5. 5.

G protein–coupled receptors (eg, receptors for adrenergic agents, muscarinic cholinergic agents, glycoprotein hormones, glucagon, and parathyroid hormone) G receptores acoplados a proteínas (por ejemplo, los receptores de los agentes adrenérgicos, muscarínicos colinérgicos, hormonas glicoproteína, el glucagón y la hormona paratiroidea)

6. 6.

Cytokine receptors (eg, receptors for growth hormone, prolactin, and leptin) Receptores de citoquinas (por ejemplo, los receptores para la hormona del crecimiento, prolactina y leptina)

The receptors belonging to classes 1 to 4 are bifunctional molecules that can bind hormone as well as serve as effectors by functioning either as ion channels or as enzymes. Los receptores que pertenecen a las clases 1 a 4 son moléculas bifuncionales que pueden obligar a la hormona, así como servir como efectores de funcionamiento, ya sea como canales de iones o enzimas. In contrast, the receptors belonging to classes 5 and 6 have the ability to bind the hormone but must recruit a separate molecule to catalyze the effector function. En contraste, los receptores que pertenecen a las clases 5 y 6 tienen la capacidad de obligar a la hormona, sino que deben contratar a una molécula por separado para catalizar la función efectora. For example, as the name implies, G protein–coupled receptors utilize G proteins to regulate downstream effector molecules. Por ejemplo, como su nombre lo indica, G receptores acoplados a proteínas G utilizan las proteínas para regular las moléculas efectoras río abajo. Similarly, cytokine receptors recruit cytosolic tyrosine kinases (eg, Janus family tyrosine kinases, or JAKs) as effectors to trigger downstream signaling pathways. Del mismo modo, receptores de citoquinas reclutan tirosina quinasas citosólicas (por ejemplo, Jano tirosina quinasas de la familia, o JAK) como efectores para desencadenar aguas abajo vías de señalización.

Hormone Binding Unión de la hormona

As predicted by the fact that hormones circulate in relatively low concentrations in the plasma, the binding interaction between a hormone and its receptor is characterized by high binding affinity. Según lo predicho por el hecho de que las hormonas circulan en concentraciones relativamente bajas en el plasma, la interacción vinculante entre una hormona y su receptor se caracteriza por una alta afinidad. Furthermore, hormone binding has a high degree of specificity. Por otra parte, unión de la hormona tiene un alto grado de especificidad. Generally, the receptor binds its cognate hormone more tightly than it binds other hormones. En general, el receptor se une su hormona afines con más fuerza de lo que se une a otras hormonas. However, some receptors may bind structurally related hormones with lower affinity. For example, the insulin receptor binds insulin-like growth factors (IGFs) with approximately 100-fold lower affinity than it binds insulin. Similarly, the thyrotropin receptor binds human chorionic gonadotropin with lower affinity than it binds thyrotropin. Sin embargo, algunos receptores de hormonas pueden unirse relacionados estructuralmente con menor afinidad. Por ejemplo, el receptor de la insulina se une el crecimiento de factores como la insulina (IGF), con veces menor afinidad aproximadamente 100 que se une a la insulina. Del mismo modo, el receptor de TSH se une con la gonadotropina coriónica humana menor afinidad de lo que se une tirotropina. This phenomenon has been referred to as specificity spillover and provides an explanation of several pathologic conditions, such as hypoglycemia caused by tumors secreting IGF-II and hyperthyroidism associated with choriocarcinoma. [ ] Este fenómeno ha sido denominado desbordamiento especificidad y proporciona una explicación de varias condiciones patológicas, como la hipoglucemia causada por tumores secretores de IGF-II y el hipertiroidismo asociado a coriocarcinoma. [ 1 ]

Binding of a hormone (H) to its receptor (R) can be described mathematically as an equilibrium reaction: La unión de una hormona (H) a su receptor (R) puede ser descrita matemáticamente como una reacción de equilibrio:

At equilibrium, K a = (HR)/(H)(R), where K a is the association constant for the formation of the hormone receptor complex (HR). En el equilibrio, K a = (HR) / (H) (R), donde K es una constante de la asociación para la formación del complejo receptor de

la hormona (FC). As originally shown by Scatchard, it is possible to rearrange this equation in terms of the total concentration of receptor binding sites, R 0 = (R) + (RH), as follows: Tal como se había demostrado por Scatchard, es posible reordenar esta ecuación en términos de la concentración total de sitios de unión del receptor, R 0 = (R) + (RH), de la siguiente manera:

A straight line is obtained when (HR)/(H) (ie, the ratio of bound to free hormone) is plotted as a function of (HR) (the concentration of bound hormone). The slope of the line is -K a , and the line intercepts the horizontal axis at the point where (HR) = R 0 = the total number of binding sites. Una línea recta se obtiene cuando (HR) / (H) (es decir, la proporción de la envolvente a la hormona libre) se representa como una función de (CR) (la concentración de la hormona de la envolvente). La pendiente de la línea es un-K , y la línea intercepta el eje horizontal en el punto donde (HR) = R = 0 el número total de sitios de unión. This type of plot is referred to as a Scatchard plot and has been used as a graphic method to estimate the affinity with which a receptor binds its hormone. Este tipo de gráfico se conoce como un complot de Scatchard y se ha utilizado como un método gráfico para estimar la afinidad con la que un receptor se une su hormona. Although the binding properties of some receptors are described more or less accurately by these simple equations, other receptors exhibit more complex properties. Aunque las propiedades de unión de algunos receptores se describen más o menos exactamente por estas ecuaciones simples, otros receptores presentan propiedades más complejas. This simple algebraic derivation of the Scatchard equation implicitly assumes that there is only one class of receptors and that the binding sites on the receptors do not interact with one another. Esta derivación simple algebraica de la ecuación de Scatchard supone implícitamente que sólo hay una clase de receptores y que los sitios de unión en los receptores no interactúan entre sí. If these assumptions do not apply to the interaction of a particular hormone with its receptor, the Scatchard plot may not be linear. Si estas suposiciones no son aplicables a la interacción de una hormona en particular con su receptor, la trama de Scatchard puede no ser lineal.

Several molecular mechanisms may contribute to nonlinearity of the Scatchard plot. Varios mecanismos moleculares pueden contribuir a la no linealidad de la trama de Scatchard. For example, there may be more than one type of receptor that binds the hormone (eg, a high-affinity, low-capacity site and a low-affinity, high-capacity site). Por ejemplo, puede haber más de un tipo de receptor que se une a la hormona (por ejemplo, una alta afinidad y baja capacidad de sitio y una afinidad baja, capacidad de estación alta). Alternatively, some receptors have more than one binding site, and there may be cooperative interactions among the binding sites (eg, the insulin receptor). Por otra parte, algunos receptores tienen más de un sitio de unión, y puede haber interacciones cooperativas entre los sitios de unión (por ejemplo, el receptor de la insulina). In addition, the interaction between a G protein and a G protein–coupled receptor may affect the affinity with which the receptor binds its ligand; moreover, the effect on binding affinity depends on whether guanosine diphosphate (GDP) or guanosine triphosphate (GTP) is bound to the G protein. Además, la interacción entre una proteína G y un receptor acoplado a proteína-G puede afectar a la afinidad con la que el receptor se une su ligando, por otra parte, el efecto sobre la afinidad de unión depende de si difosfato de guanosina (PIB) o trifosfato de guanosina (GTP) es unido a la proteína G. However, a detailed discussion of these complexities is beyond the scope of this chapter. Sin embargo, una discusión detallada de estas complejidades está fuera del alcance de este capítulo.

Regulation of Hormone Sensitivity Reglamento de la hormona de la sensibilidad

Early in the history of endocrinology, attention was focused on the regulation of hormone secretion as the most important mechanism for regulating physiology. However, it has become apparent that the target cell is not passive. Rather, there are many influences that can alter the sensitivity of the target cell's response to a given concentration of hormone. A principios de la historia de la endocrinología, la atención se centró en la regulación de la secreción de la hormona como el mecanismo más importante para la regulación de la fisiología. Sin embargo, se ha hecho evidente que la celda objetivo no es pasiva. Más bien, hay muchas influencias que pueden alterar la sensibilidad de la meta de la célula de la respuesta que una determinada concentración de la hormona. For example, the number of receptors can be regulated. Por ejemplo, el número de receptores puede ser regulada. All things being equal, hormone sensitivity is directly related to the number of hormone receptors expressed on the cell surface. En igualdad de condiciones, la sensibilidad de hormonas está directamente relacionada con el número de receptores de la hormona expresada en la superficie celular. In addition, posttranslational modifications of the receptor can modify either the affinity of hormone binding or the efficiency of coupling to downstream signaling pathways. Moreover, all of the downstream components in the hormone action pathway are subject to similar types of regulatory influences, which can have a significant impact on the ability of the target cell to respond to hormone. Además, las modificaciones postraduccionales del receptor puede modificar ya sea la afinidad de unión de la hormona o la eficiencia de acoplamiento abajo para vías de señalización. Por otra parte, todos los componentes intermedios en la vía de la acción hormonal están sujetos a tipos similares de las influencias de reglamentación, que puede tener un impacto significativo en la capacidad de la célula diana para responder a la hormona.

Just as hormone sensitivity is subject to normal physiologic regulation, pathologic influences can cause disease by targeting components of the hormone action pathway. Así como la sensibilidad hormonal está sujeta a regulación fisiológica normal, influencias patológicas puede causar una enfermedad centrándose en los componentes de la vía de la acción hormonal. Multiple etiologic factors can impair the hormone action pathway, such as genetic influences, autoimmune processes, and exogenous toxins. Son múltiples los factores etiológicos pueden poner en peligro la vía de la acción hormonal, como las influencias genéticas, procesos autoinmunes, y las toxinas exógenas. For example, disease mechanisms can alter the functions of cell-surface receptors, effectors such as G proteins, and other components of the downstream signaling pathways. Por ejemplo, mecanismos de la enfermedad puede alterar las funciones de la superficie de los receptores de células efectoras,

como las proteínas G, y otros componentes de las vías de señalización aguas abajo. This chapter describes several examples illustrating these principles. Este capítulo describe varios ejemplos que ilustran estos principios.

Receptor Tyrosine Kinases Receptor tirosina quinasas

Receptor tyrosine kinases have several structural features in common: an extracellular domain containing the ligand-binding site, a single transmembrane domain, and an intracellular portion that includes the tyrosine kinase catalytic domain ( ). tirosina quinasas del receptor tienen varias características estructurales en común: un dominio extracelular que contiene el sitio de unión del ligando, un dominio transmembrana único, y una porción intracelular que incluye el dominio catalítico tirosina quinasa ( fig. 5-1 ). Analysis of the sequence of the human genome suggests that there are approximately 100 receptor tyrosine kinases. El análisis de la secuencia del genoma humano sugiere que hay aproximadamente 100 de los receptores tirosina quinasas. The tyrosine kinase domain is the most highly conserved sequence among all the receptors in this family. La tirosina quinasa de dominio es la secuencia más altamente conservada entre todos los receptores de esta familia. In contrast, there is considerable variation among the sequences of the extracellular domains. Por el contrario, existe una variación considerable entre las secuencias de los dominios extracelulares. Indeed, the family of receptor tyrosine kinases can be classified into 16 subfamilies, primarily on the basis of the differences in the structure of the extracellular domain. [ ] Furthermore, receptor tyrosine kinases mediate the biologic actions of a wide variety of ligands, including insulin, epidermal growth factor (EGF), platelet-derived growth factor (PDGF), and vascular endothelial cell–derived growth factor. The variation in the sequences of the extracellular domains enables the receptors to bind this structurally diverse collection of ligands. De hecho, la familia de receptores tirosina quinasas pueden ser clasificadas en 16 subfamilias, principalmente sobre la base de las diferencias en la estructura del dominio extracelular. [ 2 ] Por otra parte, la tirosina quinasa del receptor median las acciones biológicas de una gran variedad de ligandos, incluyendo la insulina, factor de crecimiento epidérmico (EGF), factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF), y vascular del factor de crecimiento derivado de células del endotelio. La variación en las secuencias de los dominios extracelulares permite a los receptores de obligar a esta diversa colección estructural de los ligandos.

Figure 5-1 Receptor tyrosine kinases. Figura 5-1 receptor de tirosina quinasas. This diagram illustrates 3 of the 16 families of receptor tyrosine kinases. [ ] [ ] All receptor tyrosine kinases possess an extracellular domain containing the ligand-binding site, a single transmembrane domain, and an intracellular domain containing the tyrosine kinase domain. Este diagrama ilustra 3 de las 16 familias de las quinasas de tirosina del receptor. [ 2 ] [ 3 ] Todos los receptores tirosina quinasas poseen un dominio extracelular que contiene el sitio de unión del ligando, un dominio transmembrana único y un dominio intracelular que contiene el dominio tirosina quinasa. Several structural motifs (ie, cysteine-rich domain, immunoglobulin-like domain, tyrosine kinase domain) in these receptor tyrosine kinases are indicated on the right side of the figure. Cys, Cysteine; EGF, epidermal growth factor; Ig, immunoglobulin; PDGF, platelet-derived growth factor. Varios motivos estructurales (es decir, rica en cisteína de dominio, como dominio de inmunoglobulina, la tirosina quinasa de dominio) en estos tirosina quinasas del receptor se indican en la parte derecha de la figura. Cys, cisteína, EGF, factor de crecimiento epidérmico; Ig, la inmunoglobulina; PDGF , derivado del factor de crecimiento plaquetario.

The EGF receptor was the first cell-surface receptor demonstrated to possess tyrosine kinase activity [ ] and it was the first receptor tyrosine kinase to be cloned. [ ] Like most receptor tyrosine kinases, the EGF receptor exists primarily as a monomer in the absence of ligand. El receptor de EGF fue el receptor de la superficie celular el primero en demostrar que poseen actividad tirosina quinasa [ 4 ] y fue el receptor de la tirosina quinasa primero en ser clonado. [ 5 ] Como la mayoría de la tirosina quinasa del receptor, el receptor de EGF existe principalmente como monómero en la ausencia de ligando. However, binding of ligand induces receptor dimerization. As discussed later in this chapter, ligand-induced dimerization is central to the mechanism whereby the receptor mediates the biologic activity of EGF. Sin embargo, la unión del ligando induce la dimerización del receptor. Como veremos más adelante en este capítulo, ligando dimerización inducida es fundamental para el mecanismo por el cual el receptor media la actividad biológica del FCE. In addition to the ability to form homodimers, the EGF receptor can form heterodimers with other members of the same subfamily of receptor tyrosine kinases. Además de la capacidad de formar homodímeros, el receptor de EGF puede formar heterodímeros con otros miembros de la misma subfamilia de receptores de tirosina quinasas. Because a small number of receptors can combine in a large number of pairings, heterodimer formation has the potential to fine-tune the specificity of receptors with respect to both ligand binding and downstream signaling. Debido a que un pequeño número de receptores pueden combinarse en un gran número de parejas, la formación heterodímero tiene el potencial para poner a punto la especificidad de los receptores con respecto al carácter obligatorio y aguas abajo de señalización ligando.

The insulin receptor is of special interest to endocrinologists because diabetes is among the most common diseases of the endocrine system. El receptor de la insulina es de especial interés para los endocrinólogos, porque la diabetes es una de las enfermedades comunes mayor parte del sistema endocrino. Furthermore, the insulin receptor closely resembles the type 1 receptor for IGFs. [ ] This is the receptor that mediates the biologic actions of IGF-I and therefore also plays an important role in the physiology of growth hormone (GH) in vivo. Although the kinase domains of receptors for insulin and IGF-I closely resemble other receptor tyrosine kinases, at least two distinctive features set them apart. Además, el receptor de la insulina muy similar a la del receptor tipo 1 de IGF. [ 6 ] Este es el receptor que media las acciones biológicas del IGF-I y por tanto, también juega un papel importante en la fisiología de la hormona del crecimiento (GH) en vivo. Aunque los dominios quinasa de receptores para la insulina y el IGF-I se parecen mucho a otras tirosina quinasas del receptor, por lo menos dos características distintivas de los distinguen. First, the receptors are synthesized as proreceptors that undergo proteolytic cleavage into two subunits ( and ).α β En primer lugar, los receptores se sintetizan como proreceptors que sufren ruptura proteolítica en dos subunidades ( y ). α β The subunit contains the ligand-binding site; the subunit includes the α βtransmembrane and tyrosine kinase domains. La subunidad contiene el sitio de unión del ligando, la subunidad incluye la α βtransmembrana y la tirosina quinasa dominios. Second, both receptors exist as α 2 β 2 heterotetramers that are stabilized by intersubunit disulfide bonds. En segundo lugar, ambos receptores α 2 existen como β 2 heterotetrámeros que se estabilizan por puentes disulfuro intersubunit. In contrast to other receptor tyrosine kinases, which are thought to dimerize in response to ligand binding, the insulin receptor exists as a dimer of monomers even in the absence of ligand.αβ A diferencia de otras tirosina quinasas del receptor, que se cree que dimerizarse en respuesta a la unión del ligando, el receptor de la insulina existe como un dímero de monómeros, incluso en ausencia de ligando. αβ The remainder of this section reviews the molecular mechanisms whereby receptor tyrosine kinases mediate biologic action, with special emphasis on the insulin receptor as an illustrative example. El resto de esta sección se revisan los mecanismos moleculares por receptores tirosina quinasas mediar la acción biológica, con especial énfasis en el receptor de la insulina como un ejemplo ilustrativo.

Receptor Activation: Role of Receptor Dimerization La activación del receptor: Papel de los receptores Dimerización

Dimerization plays a central role in the mechanism whereby most receptor tyrosine kinases are activated by their cognate ligands. [ ] [ ] Although receptor dimerization is a common theme, the detailed molecular mechanisms differ from receptor to receptor. Dimerización desempeña un papel central en el mecanismo por el cual la mayoría de los receptores tirosina quinasas se activan por sus ligandos afines. [ 2 ] [ 7 ] A pesar de la dimerización del receptor es un tema común, los mecanismos moleculares detallados difieren de receptor a receptor. The following are three examples of the mechanisms of receptor dimerization ( ). [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] Los siguientes son tres ejemplos de los mecanismos de la dimerización del receptor ( Fig.. 5-2 ). [ 8 ] [

9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]

Figure 5-2 Ligand-induced dimerization of receptors. Figura 5-2 ligando inducida por dimerización de los receptores. Two molecular mechanisms of ligand-induced receptor dimerization are illustrated. Dos mecanismos moleculares de la inducción del receptor-ligando dimerización se ilustran. In the case of the platelet-derived growth factor, the ligand is dimeric and therefore contains two receptor binding sites. [ ] [ ] In the case of growth hormone, a single ligand molecule contains two binding sites so that it can bind simultaneously to two receptor molecules. [ ] [ ] [ ] En el caso del factor de crecimiento derivado de plaquetas, el ligando es dimérica y por lo tanto contiene dos sitios de unión del receptor. [ 8 ] [ 9 ] En el caso de la hormona del crecimiento, una molécula ligando solo contiene dos sitios de unión para que pueda unirse simultáneamente a dos moléculas receptoras. [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]

Dimeric Ligand Diméricos ligando

PDGF and vascular endothelial cell-derived growth factor are examples of dimeric ligands (see ). [ ] [ ] [ ] Because each subunit of ligand can bind one receptor molecule, simultaneous binding of two receptor molecules drives receptor dimerization. PDGF y vasculares celulares derivadas del factor de crecimiento endotelial-son ejemplos de ligandos dimérica (ver fig. 5-2 ). [ 8 ] [ 9 ] [ 13

] Debido a que cada subunidad de ligando puede obligar a una molécula receptora, simultánea unión de dos moléculas del receptor de las unidades dimerización del receptor. Direct support for this type of mechanism is provided by the crystal structure of vascular endothelial cell–derived growth factor bound to its receptor (Flt-1). [ ] La ayuda directa para este tipo de mecanismo es proporcionada por la estructura cristalina de la célula vascular derivado del factor de crecimiento endotelial, unido a su receptor (FLT-1). [ 13 ]

Two Receptor Binding Sites on a Monomeric Ligand Dos sitios de unión del receptor a un ligando monoméricas

Although this mechanism is important for many receptor tyrosine kinases, it was first shown rigorously for the GH receptor, which is not a member of the receptor tyrosine kinase family (see ). [ ] [ ] [ ] As illustrated by the crystal structure of GH bound

to its receptor, one molecule of ligand can bind two molecules of receptor. Aunque este mecanismo es importante para muchos tirosina quinasas del receptor, fue mostrado por primera vez con rigor para el receptor de GH, que no es miembro de la quinasa del receptor de la tirosina de la familia (ver fig. 5.2 ). [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] Como se ilustra en la estructura cristalina de GH unido a su receptor, una molécula de ligando puede unir dos moléculas de receptor. In fact, there are two distinct receptor-binding sites on each GH molecule, and this enables the ligand to promote receptor dimerization. De hecho, hay dos sitios de unión al receptor, pero distintos en cada molécula de GH, lo que permite el ligando para promover la dimerización del receptor. This observation has an important implication for pharmacology. Esta observación tiene una implicación importante para la farmacología. By abolishing one of the two receptor-binding sites, it is possible to design mutant ligands that lack the ability to promote receptor dimerization and therefore lack the ability to trigger hormone action. Con la derogación de uno de los dos sitios de unión del receptor, es posible diseñar ligandos mutantes que carecen de la capacidad para promover la dimerización del receptor y por lo tanto carecen de la capacidad para desencadenar la acción hormonal. Nevertheless, by binding to receptors, the mutant ligand acquires the ability to inhibit the action of the endogenous hormone. Such mutant GH molecules have been developed as therapeutic agents, for example, in conditions such as acromegaly. Sin embargo, al unirse a los receptores, el ligando mutante adquiere la capacidad de inhibir la acción de la hormona endógena. Tales moléculas GH mutantes han sido desarrollados como agentes terapéuticos, por ejemplo, en condiciones tales como acromegalia.

Preexisting Receptor Dimers Preexistentes Dímeros del receptor

The insulin receptor represents a paradox. El receptor de insulina representa una paradoja. The insulin receptor exists as a dimer even in the absence of ligand. El receptor de la insulina existe como un dímero, incluso en ausencia de ligando. (Actually, it is an α 2 β 2 heterotetramer, which is a dimer of monomers.) If the receptor is already dimerized, why is it not αβactive? (En realidad, es una α 2 β 2 heterotetrámero, que es un dímero de monómeros .) Si el receptor ya está dimerizada, αβpor qué no se activa? Although the molecular details remain to be elucidated, it seems likely that the two halves of the insulin receptor are not oriented in an optimal way to permit receptor activation in the absence of ligand. Aunque los detalles moleculares aún no se han dilucidado, parece probable que las dos mitades del receptor de insulina no se orientan de forma óptima para permitir la activación del receptor en ausencia de ligando. Perhaps, insulin binding triggers a conformational change that somehow mimics the effects of dimerization in other receptor tyrosine kinases. Tal vez, la insulina desencadena un cambio obligatorio de conformación que de alguna manera imita los efectos de la dimerización tirosina quinasas en otros receptores. In any case, several studies have demonstrated that receptor dimerization is necessary for the ability of insulin to activate its receptor. En cualquier caso, varios estudios han demostrado que la dimerización de los receptores es necesaria para la capacidad de la insulina para activar su receptor. For example, monomers retain the ability to bind insulin but are αβnot activated in response to insulin binding. [ ] [ ] Furthermore, indirect evidence suggests that a single insulin molecule binds simultaneously to both subunits of the insulin receptor α [ ] [ ] ; the ability to bind simultaneously to both halves of the dimeric receptor appears to be essential to the ability of insulin to activate its receptor. Por ejemplo, los monómeros conservan la αβcapacidad de obligar a la insulina, pero no se activan en respuesta a la insulina vinculante. [ 14 ] [ 15 ] Por otra parte, la evidencia sugiere que una sola molécula de insulina se une simultáneamente a ambas subunidades del receptor de la insulina α [ 16 ] [ 17 ], la capacidad de unirse simultáneamente a las dos mitades del receptor dimérico parece ser fundamental para la capacidad de la insulina para activar su receptor.

Receptor Activation: Conformational Changes in the Kinase Domain La activación del receptor: Los cambios conformacionales en el dominio kinasa

When ligand binds to the extracellular domain, it stimulates the tyrosine kinase activity of the intracellular domain. Cuando se une el ligando al dominio extracelular, estimula la actividad tirosina quinasa del dominio intracelular. Although the detailed mechanisms of transmembrane signaling are not completely understood, considerable progress has been made in elucidating the molecular mechanisms of receptor activation. Aunque el mecanismo detallado de la señalización transmembrana no se conocen, los progresos se han realizado considerables en la elucidación de los mecanismos moleculares de la activación del receptor. Investigations of the three-dimensional structure of the insulin receptor tyrosine kinase domain help explain why the receptor is maintained in a low-activity state in the absence of insulin ( ). [ ] [ ] [ ] In the inactive form of the insulin receptor kinase, Tyr1162 is located in a position so that it blocks protein substrates from binding to the active site. Investigaciones de la estructura de tres dimensiones del receptor de insulina tirosina quinasa de dominio ayudan a explicar por qué el receptor se mantiene en un estado de baja actividad en ausencia de insulina ( la fig. 3.5 ). [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] En la forma inactiva de la quinasa del receptor de la insulina, Tyr1162 se encuentra en una posición para que la proteína bloques de sustratos de unión al sitio activo. Furthermore, in the inactive state of the tyrosine kinase domain, the active site assumes a conformation that does not accommodate magnesium adenosine triphosphate (ATP). Además, en el estado inactivo de la tirosina quinasa de dominio, el sitio activo asume una conformación que no se acomoda a la adenosina trifosfato de magnesio (ATP). Thus, the tyrosine kinase is inactive because the active site cannot bind either of its substrates. Así, la tirosina quinasa está inactivo debido a que el sitio activo no puede obligar a cualquiera de sus sustratos. How does insulin activate the receptor? ¿Cómo activar el receptor de la insulina? Insulin binding triggers autophosphorylation of three tyrosine residues (Tyr1158, Tyr1162, and Tyr1163) in the “activation loop.” When the three tyrosine residues in the activation loop become phosphorylated, an important conformational change occurs. La insulina vinculante provoca la autofosforilación de los tres residuos de tirosina (Tyr1158, Tyr1162 y Tyr1163) en el bucle de activación "." Cuando los tres residuos de tirosina en el bucle de activación se fosforilan, un cambio conformacional importante ocurre. As a result of the movement of the activation loop, the active site acquires the ability to bind both ATP and protein substrates. Como resultado del movimiento del bucle de activación, el sitio activo adquiere la capacidad de atar la ATP y sustratos de la proteína. Thus, the conformational change induced by autophosphorylation activates the receptor to phosphorylate other substrates. [ ] [ ] Así, el cambio conformacional inducido por autofosforilación activa el receptor de fosforilar otros substratos. [ 21 ] [ 22 ]

Figure 5-3 Phosphorylation of tyrosine residues in the activation loop leads to activation of the insulin receptor tyrosine kinase. Figura 5-3 La fosforilación de residuos de tirosina en el bucle de activación conduce a la activación de la tirosina quinasa del receptor de insulina. A hypothetical mechanism for ligand-stimulated activation of the insulin receptor tyrosine kinase is illustrated. Un mecanismo hipotético ligando estimulada por la activación de la tirosina quinasa del receptor de insulina se ilustra. The model is based on the three-dimensional structure of the isolated insulin receptor tyrosine kinase as determined by x-ray crystallography. [ ] [ ] [ ] In the inactive insulin receptor kinase ( left ), Tyr1162 blocks the active site so that substrates cannot bind. El modelo se basa en la estructura de tres dimensiones de la quinasa del receptor de insulina aislados tirosina según lo determinado por cristalografía de rayos-x. [ 19 ] [ 20 ] [ 23 ] En la población inactiva del receptor de insulina quinasa (izquierda), bloques Tyr1162 el sitio activo para que los sustratos no pueden unirse. In contrast, when the tyrosine residues in the activation loop (including Tyr1162) become phosphorylated ( right ), Tyr1162 moves out of the way, and there is a conformational change that allows binding of adenosine triphosphate (ATP) and protein substrate so that the kinase reaction can proceed. En contraste, cuando los residuos de tirosina en el bucle de activación (incluyendo Tyr1162) se fosforilan (derecha), se mueve Tyr1162 fuera del camino, y hay un cambio conformacional que permite la unión del trifosfato de adenosina (ATP) y la proteína sustrato para que la quinasa reacción puede proceder.

It remains unclear how this process is initiated. No está claro cómo este proceso se inicia. Because the inactive state of the tyrosine kinase cannot bind ATP, it seems unlikely that phosphorylation of Tyr1162 proceeds by a true auto phosphorylation mechanism. Rather, it is likely that Tyr1162 in one subunit is transphosphorylated by the second subunit in the β β α 2 β 2 heterotetramer molecule. [ ] [ ] However, this proposed mechanism poses a “chicken and egg” problem. Debido a que el estado inactivo de la tirosina quinasa no puede unirse al ATP, parece poco probable que la fosforilación de los ingresos Tyr1162 por un mecanismo de auto fosforilación verdad. Por el contrario, es probable que Tyr1162 en un subunidad es βtransphosphorylated por la subunidad segundo en la β α 2 β 2 molécula heterotetrámero. [ 2 ] [ 23 ] Sin embargo, este mecanismo propuesto plantea un círculo vicioso "problema. It requires that at least one of the subunits is active before the Tyr residues βin the activation loop become phosphorylated. Se requiere que al menos una de las subunidades se activa antes de los βresiduos de Tyr en el bucle de activación se fosforilan. Perhaps the activation loop is somewhat mobile so that some molecules of unphosphorylated tyrosine kinase can assume an active conformation and initiate a chain reaction of transphosphorylation and receptor activation. Tal vez el bucle de activación es algo móvil para que algunas moléculas de la tirosina cinasa fosforilada puede asumir una conformación activa e iniciar una reacción en cadena de transfosforilación y la activación del receptor.

Receptor Tyrosine Kinases Phosphorylate Other Intracellular Proteins La tirosina quinasas del receptor fosforilar otras proteínas intracelulares

Once activated, tyrosine kinases are capable of phosphorylating other protein substrates. Several factors determine which proteins are phosphorylated under physiologic conditions within the cell. activado, la tirosina quinasas vez son capaces de fosforilar otras proteínas sustratos. Varios factores determinan qué proteínas son fosforiladas bajo condiciones fisiológicas dentro de la célula.

Amino Acid Sequence Context of Tyr Residue Contexto de secuencia de aminoácidos de los residuos Tyr

Tyrosine kinases do not exhibit strict specificity with respect to the amino acid sequence of the phosphorylation site. La tirosina quinasas que no presentan esta especificidad estricta con respecto a la secuencia de aminoácidos del sitio de fosforilación. Nevertheless, most tyrosine phosphorylation sites are located in the vicinity of acidic amino acid residues (ie, Glu or Asp). [ ] Sin embargo, la fosforilación de la tirosina sitios más se encuentran en la vecindad de los residuos de aminoácidos ácidos (es decir, Glu o Asp). [ 2 ]

Binding to the Tyrosine Kinase La unión a la tirosina cinasa

Some protein substrates bind directly to the intracellular domain of the receptor. The binding interaction brings the substrate into close proximity to the kinase, thereby promoting phosphorylation of the substrate. Algunas proteínas sustratos se unen directamente al dominio intracelular del receptor. La interacción vinculante trae el sustrato en las proximidades de la cinasa, promoviendo así la fosforilación del sustrato. For example, the insulin receptor substrate (IRS) proteins are characterized by a highly conserved phosphotyrosine-binding (PTB) domain that binds to a conserved motif (Asn-Pro-Xaa-pTyr) in the juxtamembrane domain of the insulin receptor. [ ] [ ] [ ] Binding of the PTB domain to the insulin receptor requires phosphorylation of the Tyr residue in the Asn-Pro-Xaa-pTyr motif. Por ejemplo, el sustrato del receptor de insulina (IRS) las

proteínas se caracterizan por una alta conservación fosfotirosina vinculantes (PTB) de dominio que se une a un motivo conservado (Asn-Pro-Xaa-pTyr) en el dominio yuxtamembrana del receptor de insulina. [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] La unión del dominio PTB al receptor de insulina requiere la fosforilación del residuo Tyr-en el Pro-Xaa-pTyr motivo Asn. This provides another mechanism (in addition to activation of the intrinsic receptor tyrosine kinase) whereby autophosphorylation of the receptor enhances phosphorylation of IRS proteins. Esto proporciona otro mecanismo (además de la activación de los receptores con actividad tirosina quinasa intrínseca) por los que autofosforilación del receptor aumenta la fosforilación de las proteínas IRS. Similarly, substrates for some tyrosine kinases contain Src homology 2 (SH2) domains, highly conserved domains that bind phosphotyrosine residues (see Functional Significance of Tyrosine Phosphorylation). Del mismo modo, para algunos sustratos contienen tirosina quinasas Src homología 2 (SH2) dominios altamente conservados dominios que se unen fosfotirosina residuos (véase el significado funcional de la fosforilación en tirosinas). For example, the activated PDGF receptor contains a phosphotyrosine residue near its C-terminus that binds the SH2 domain of phospholipase C .γ Por ejemplo, el receptor del PDGF activa contiene un residuo de fosfotirosina cerca de su extremo C-terminal que se une el dominio SH2 de C fosfolipasa. γThis enables the PDGF receptor to phosphorylate and activate phospholipase C . γ [ ] [ ] Esto permite al receptor del PDGF de fosforilar y activar la fosfolipasa C . γ [ 2 ] [ 27 ]

Subcellular Localization La localización subcelular

Because receptor tyrosine kinases are located in the plasma membrane, they are in close proximity to other plasma membrane proteins. Debido a la tirosina quinasas del receptor se encuentran en la membrana plasmática, que están muy cerca de otras proteínas de la membrana plasmática. This colocalization has the potential to pro-mote phosphorylation. Esta colocalización tiene el potencial de promover la fosforilación-profesional. For example, the insulin receptor has been reported to phosphorylate pp120/hepatocyte antigen-4 (HA4). [ ] [ ] Like the insulin receptor, pp120/HA4 is an integral membrane glycoprotein associated with the plasma membrane of hepatocytes. Por ejemplo, el receptor de la insulina se ha informado de fosforilar pp120/hepatocyte antígeno-4 (HA4). [ 28 ] [ 29 ] Al igual que el receptor de la insulina, es una glicoproteína pp120/HA4 integrales de membrana asociada a la membrana plasmática de los hepatocitos. Similarly, FGF receptor substrate-2 (FRS2), a substrate of the fibroblast-derived growth factor receptor, is targeted to the plasma membrane by an N-terminal myristoylation site. [ ] Del mismo modo, el receptor de FGF sustrato-2 (FRS2), un sustrato del receptor del factor de crecimiento derivado de fibroblastos, se dirige a la membrana plasmática de una terminal de myristoylation sitio-N. [ 30 ]

Functional Significance of Tyrosine Phosphorylation Importancia funcional de fosforilación de la tirosina

There are at least two distinct mechanisms whereby tyrosine phosphorylation regulates protein function. Hay al menos dos mecanismos distintos según el cual regula la función fosforilación de la tirosina de la proteína. First, tyrosine phosphorylation can induce a conformational change in a protein, thereby altering its function. En primer lugar, la fosforilación de la tirosina puede inducir un cambio conformacional en la proteína, alterando así su función. For example, as discussed earlier, phosphorylation of the three Tyr residues in the activation loop of the insulin receptor changes the conformation of the active site, thereby facilitating binding of substrates and activating the receptor tyrosine kinase. [ ] [ ] [ ] However, most of the effects of tyrosine phosphorylation on protein function are mediated indirectly by regulating protein-protein interactions. Por ejemplo, como se señaló anteriormente, la fosforilación de los tres residuos de tirosina en el bucle de activación del receptor de la insulina cambios la conformación del sitio activo, lo que facilita unión de sustratos y la activación de la tirosina quinasa del receptor. [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] Sin embargo, la mayoría de los efectos de la fosforilación de la tirosina en función de la proteína están mediadas indirectamente mediante el control de las interacciones proteína-proteína. In order to understand how tyrosine phosphorylation regulates protein-protein interactions, it is useful to review the biochemistry of c-src, the prototype of a nonreceptor tyrosine kinase. Con el fin de comprender cómo la proteína tirosina fosforilación regula las interacciones de proteínas, es útil revisar la bioquímica de la c-src, el prototipo de un nonreceptor tirosina quinasa. When the amino acid sequence of c-src is analyzed, it is apparent that there are three highly conserved domains in the molecule: the kinase catalytic domain and two noncatalytic domains that are referred to as src homology domains 2 and 3 (SH2 and SH3, respectively). Cuando la secuencia de aminoácidos de c-src se analiza, se desprende que existen tres dominios altamente conservados en la molécula: el catalizador de dominio quinasa y dos dominios no catalítico que se conocen como dominios de homología src 2 y 3 (SH2 y SH3, respectivamente).

SH2 Domains Dominios SH2

SH2 domains consist of conserved sequences (approximately 100 amino acid residues) that are present in many proteins that function in signaling pathways. From a functional point of view, SH2 domains share the ability to bind pTyr residues. dominios SH2 consisten en secuencias conservadas (aproximadamente 100 residuos de aminoácidos) que están presentes en muchas proteínas que funcionan en las vías de señalización. Desde el punto de vista funcional, los dominios SH2 comparten la capacidad de obligar a los residuos pTyr. However, individual SH2 domains vary with respect to their binding specificity. Sin embargo, el individuo dominios SH2 varían con respecto a su especificidad de unión. The binding affinity of an SH2 is determined by the three amino acid residues downstream from the pTyr residue. La afinidad de unión de un SH2 está determinada por los tres residuos de aminoácidos aguas abajo de los residuos pTyr. For example, the SH2 domains of phosphatidylinositol (PI) 3-kinase exhibit a preference for pTyr-(Met/Xaa)-Xaa-Met, whereas the SH2 domain of growth factor receptor binding protein 2 (Grb-2) prefers to bind pTyr-Xaa-Asn-Xaa. Thus, a given SH2 domain binds to a tyrosine-phosphorylated protein if and only if the pTyr residue is located in a context that corresponds to the binding specificity of the SH2 domain. Por ejemplo, los dominios SH2 de fosfatidilinositol (PI) 3-quinasa presentan una preferencia por pTyr-(MET / Xaa)-Xaa-Met, mientras que el dominio SH2 de receptor del factor de crecimiento de la proteína vinculante 2 (Grb-2) prefiere

unirse pTyr -Xaa-Asn-Xaa. Por lo tanto, un dominio SH2 dado se une a una proteína tirosina fosforilada si y sólo si el residuo pTyr se encuentra en un contexto que corresponde a la especificidad de unión del dominio SH2.

SH3 Domains Dominios SH3

SH3 domains consist of conserved sequences (approximately 50 amino acid residues) that bind to proline-rich sequences. dominios SH3 consisten en secuencias conservadas (aproximadamente 50 residuos de aminoácidos) que se unen a secuencias ricas en prolina. Like SH2 domains, SH3 domains are found in many proteins that function in signaling pathways. Al igual que los dominios SH2, SH3 dominios se encuentran en muchas proteínas que funcionan en las vías de señalización.

Downstream Signaling Pathways Aguas abajo vías de señalización

Receptor tyrosine kinases mediate the action of a wide variety of ligands in a wide variety of cell types. tirosina quinasas del receptor median la acción de una gran variedad de ligandos en una amplia variedad de tipos celulares. The bewildering complexity of the downstream signaling pathways corresponds to the huge number of physiologic processes that are regulated by receptor tyrosine kinases. La desconcertante complejidad de las vías de señalización aguas abajo corresponde a la enorme cantidad de procesos fisiológicos que están regulados por receptores tirosina quinasas. Although it is beyond the scope of this chapter to attempt an encyclopedic review of all the downstream signaling pathways, we have selected examples to illustrate general principles. A pesar de que está más allá del alcance de este capítulo para intentar una revisión enciclopédica de todas las vías de señalización aguas abajo, se han seleccionado ejemplos para ilustrar los principios generales.

As discussed earlier, the activated insulin receptor phosphorylates multiple substrates including IRS-1, IRS-2, IRS-3, and IRS-4. [ ] Each of these substrates contains multiple tyrosine phosphorylation sites, many of which correspond to consensus sequences for SH2 domains in important signaling molecules. Thus, IRS proteins serve as docking proteins that bind SH2 domain-containing proteins. Como se señaló anteriormente, el receptor de la insulina activada fosforila múltiples sustratos, incluyendo el IRS-1, IRS-2, IRS-3, y el IRS-4. [ 31 ] Cada uno de estos sustratos contiene múltiples sitios de fosforilación de la tirosina, muchos de los cuales corresponden a las secuencias consenso para dominios SH2 en importantes moléculas de señalización. Así, las proteínas IRS servir de acoplamiento proteínas que se unen SH2 de dominio que contienen proteínas. Among these, two of the most important are PI 3-kinase and Grb-2. Entre ellos, dos de los más importantes son PI 3-quinasa y GRB-2. Binding of SH2 domains triggers multiple downstream signaling pathways. La unión de los dominios SH2 desencadena múltiples vías de señalización aguas abajo.

Phosphatidylinositol 3-Kinase Fosfatidilinositol 3-cinasa

The catalytic subunit of PI 3-kinase (p110; molecular mass approximately 110,000) is bound to a regulatory subunit. La subunidad catalítica de la PI 3-quinasa (p110; masa molecular de aproximadamente 110.000) se une a una subunidad reguladora. The classical isoforms of the regulatory subunit (p85; molecular mass approximately 85,000) contain two SH2 domains, both of which bind to pTyr in the context of pTyr-(Met/Xaa)-Xaa-Met motifs. Las isoformas clásicas de la subunidad reguladora (p85; masa molecular de aproximadamente 85.000) contiene dos dominios SH2, los cuales se unen a pTyr en el contexto de pTyr-(MET /)-Xaa-Logramos motivos Xaa. Binding of pTyr residues to both SH2 domains of p85 leads to maximal activation of PI 3-kinase catalytic activity. La unión de pTyr residuos para ambos dominios SH2 de p85 conduce a la activación máxima de PI-kinasa catalítica actividad 3. (Submaximal activation can be achieved with occupancy of a single SH2 domain in p85.) Because all four IRS molecules (IRS-1, IRS-2, IRS-3, and IRS-4) contain multiple tyrosine phosphorylation sites that conform to the Tyr-(Met/Xaa)-Xaa-Met consensus sequence, insulin-stimulated phosphorylation promotes binding of IRS proteins to the SH2 domains in the regulatory subunit PI 3-kinase, thereby increasing the enzymatic activity of the catalytic subunit. [ ] [ ] [ ] [ ] Activation of PI 3-kinase triggers activation of a cascade of downstream kinases, beginning with phosphoinositide-dependent kinases 1 and 2. (Activación submáximo se puede lograr con la ocupación de un dominio SH2 único en p85.) Debido a las cuatro moléculas de IRS (IRS-1, IRS-2, IRS-3, y el IRS-4) contienen múltiples sitios de fosforilación de tirosina que se ajustan a la Tyr - (Met /-Xaa-Logramos un consenso secuencia) Xaa, estimulada por la insulina promueve la fosforilación de unión de las proteínas IRS a los dominios SH2 de la subunidad reguladora PI 3-quinasa, lo que aumenta la actividad enzimática de la subunidad catalítica. [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ] La activación de PI 3-quinasa desencadena la activación de una cascada de quinasas corriente abajo, empezando por las quinasas dependientes de fosfoinosítidos-1 y 2. These phosphoinositide-dependent kinases phosphorylate and activate multiple downstream protein kinases including protein kinase B and atypical isoforms of protein kinase C. [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] Estas quinasas dependientes de fosfoinosítidos-fosforilan y activan proteínas quinasas corriente abajo múltiples incluyendo la proteína quinasa B y isoformas atípicas de la proteína cinasa C. [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ] [ 42 ]

A large body of evidence demonstrates that the pathways downstream from PI 3-kinase mediate the metabolic activities of insulin (eg, activation of glucose transport into skeletal muscle, activation of glycogen synthesis, and inhibition of transcription of the phosphoenolpyruvate carboxykinase gene). Un gran cuerpo de evidencia que demuestra que las vías de aguas abajo de PI 3-quinasa mediar en las actividades metabólicas de la insulina (por ejemplo, la activación del transporte de glucosa en el músculo esquelético, la activación de la síntesis de glucógeno y la inhibición de la transcripción del gen de la fosfoenolpiruvato carboxiquinasa). Among other lines of evidence, PI 3-kinase inhibitors (eg, LY294002 and wortmannin) block the metabolic actions of insulin. [ ] Similarly, overexpression of dominant negative mutants of the p85 regulatory subunit of PI 3-kinase also inhibits the metabolic actions of insulin. [ ] Although it is generally agreed that activation of PI 3-kinase is necessary, it is controversial whether it is sufficient to trigger the metabolic actions of insulin. For example, a second

parallel pathway may also be required. Entre otras líneas de evidencia, PI-kinasa inhibidores de la 3 (por ejemplo, LY294002 y wortmanina) bloquean las acciones metabólicas de la insulina. [ 43 ] Del mismo modo, la sobreexpresión de mutantes dominantes negativos de la regulación subunidad p85 de la PI 3-kinasa también inhibe las acciones metabólicas de la insulina. [ 36 ] Aunque en general se convino en que la activación de PI 3-quinasa es necesaria, es motivo de controversia si es suficiente para desencadenar las acciones metabólicas de la insulina. Por ejemplo, una vía paralela de segunda también puede ser necesaria. The latter pathway involves tyrosine phosphorylation of Cbl, another protein that can be phosphorylated by the insulin receptor in some cell types. [ ] [ ] [ ] La última vía implica la fosforilación de la tirosina de Cbl, otra proteína que puede ser fosforilada por el receptor de la insulina en algunos tipos de células. [ 44 ] [ 45 ] [ 46 ]

Grb-2 and the Activation of Ras Grb-2 y la activación de Ras

Grb-2 is a short adaptor molecule that contains an SH2 domain [ ] capable of binding to pTyr residues in several signaling molecules, for example, IRS-1 and Shc, another PTB domain-containing protein that is phosphorylated by several receptor tyrosine kinases including the insulin receptor. [ ] [ ] The SH2 domain of Grb-2 is flanked by two SH3 domains, [ ] which bind to proline-containing sequences in mSos (the mammalian homologue of Drosophila son-of-sevenless). [ ] mSos is capable of activating Ras, a small G protein that plays an important role in intracellular signaling pathways. Grb-2 es una molécula adaptadora que contiene un breve [dominio SH2 47 ] capaz de unirse a pTyr residuos en varias moléculas de señalización, por ejemplo, el IRS-1 y Shc, otro PTB de dominio que contienen proteína que es fosforilada por el receptor de la tirosina quinasas varias incluido el receptor de la insulina. [ 48 ] [ 49 ] El dominio SH2 de GRB-2 está flanqueada por dos dominios SH3, [ 47 ] que se unen a la prolina que contienen secuencias de MSO (el homólogo de Drosophila de mamíferos hijo de sevenless). [ 50 ] MSO es capaz de activar Ras, una pequeña proteína G que juega un papel importante en las vías de señalización intracelular. mSos activates Ras by catalyzing the exchange of GTP for GDP in the guanine nucleotide-binding site of Ras. MSO activa Ras al catalizar el intercambio de GTP para el PIB en el nucleótido guanina sitio de unión de Ras. This, in turn, triggers the activation of a cascade of serine/threonine-specific protein kinases including Raf, mitogen-activated protein/extracellular signal-regulated kinase (MEK), and mitogen-activated protein (MAP) kinase. These pathways downstream from Ras contribute to the ability of tyrosine kinases to promote cell growth and regulate the expression of various genes. Esto, a su vez, desencadena la activación de una cascada de serina / treonina proteína-quinasas específicas como Raf, activada por mitógenos proteína extracelular / señal regulada quinasa (MEK), y la proteína mitógeno-activada (MAP) de la cinasa. Estas aguas abajo de las vías Ras contribuir a la capacidad de las quinasas de tirosina para promover el crecimiento celular y regulan la expresión de varios genes.

We have focused on the signaling pathways downstream from the insulin receptor because of the importance of insulin and IGF-I in endocrinology ( ). Nos hemos centrado en las vías de señalización aguas abajo del receptor de la insulina debido a la importancia de la insulina y el IGF-I en endocrinología ( fig. 5.4 ). In many ways, the molecular mechanisms closely resemble those downstream from other receptor tyrosine kinases. However, the insulin signaling pathway is atypical in at least one respect. The insulin receptor phosphorylates docking proteins (eg, IRS-1), which bind SH2 domain-containing proteins (eg, PI 3-kinase and Grb-2). In contrast, the intracellular domains of most receptor tyrosine kinases contain binding sites for SH2 domains. En muchos aspectos, los mecanismos moleculares parecidas a las que aguas abajo de la tirosina quinasa del receptor de otros. Sin embargo, la señalización de la insulina vía es atípica por lo menos en un aspecto. El receptor de la insulina de acoplamiento fosforila proteínas (por ejemplo, el IRS-1), que se unen el dominio SH2 que contienen proteínas (por ejemplo, PI 3-quinasa y GRB-2). Por el contrario, los dominios intracelulares de tirosina quinasas del receptor de la mayoría contienen sitios de unión para los dominios SH2. For example, the SH2 domain of Grb-2 binds to pTyr716 in the activated PDGF receptor. [ ] Similarly, the PDGF receptor contains two Tyr-(Met/Xaa)-Xaa-Met motifs in the kinase insert domain that bind to the two SH2 domains in the p85 subunit of PI 3-kinase. [ ] [ ] It is not clear why some tyrosine kinases (eg, the PDGF receptor) activate PI 3-kinase through a direct binding interaction, whereas others (eg, the insulin receptor) utilize an indirect mechanism involving docking proteins. Por ejemplo, el dominio SH2 de GRB-2 se une a pTyr716 en el perfil activado receptor del PDGF. [ 2 ] Del mismo modo, el receptor del PDGF contiene dos Tyr-(Met / Xaa)-Xaa-Logramos motivos en el dominio kinasa inserción que se unen al dos dominios SH2 de la subunidad p85 de la PI 3-quinasa. [ 2 ] [ 51 ] No está claro por qué algunas quinasas de tirosina (por ejemplo, el receptor PDGF) activar PI 3-quinasa, mediante una interacción directa vinculantes, mientras que otros (por ejemplo, el receptor de insulina) utilizar un mecanismo indirecto, que supone proteínas de acoplamiento. However, in contrast to PDGF receptors, which are associated with the plasma membrane, IRS proteins appear to be associated with the cytoskeleton. [ ] Perhaps this differential subcellular localization contributes to signaling specificity. Sin embargo, a diferencia de los receptores PDGF, que se asocian con la membrana plasmática, las proteínas IRS parecen estar asociadas con el citoesqueleto. [ 52 ] Tal vez la localización subcelular diferencial que contribuye a la señalización especificidad. In other words, if insulin and PDGF receptors trigger translocation of PI 3-kinase to different locations within the cell, this compartmentation may permit two different receptors to elicit different biologic responses even though both responses are mediated by the same signaling molecule (ie, PI 3-kinase). En otras palabras, si la insulina y los receptores PDGF activar la translocación de PI 3-quinasa a diferentes ubicaciones dentro de la célula, esta compartimentación puede permitir que dos receptores diferentes para provocar respuestas biológicas diferentes, aunque ambas respuestas son mediadas por la molécula de señalización mismo (es decir, PI 3-quinasa).

Figure 5-4 Simplified model of signaling pathways downstream from the insulin receptor. Insulin binds to the insulin receptor, thereby activating the receptor tyrosine kinase to phosphorylate tyrosine residues on insulin receptor substrates (IRSs) including IRS-1 and IRS-2. [ ] Consequently, phosphotyrosine residues in IRS molecules bind to Src homology 2 (SH2) domains in molecules such as growth factor receptor-binding protein 2 (GRB-2) and the p85 regulatory subunit of phosphatidylinositol (PI) 3-kinase. Figura 5.4 Modelo simplificado de las vías de señalización aguas abajo del receptor de la insulina. La insulina se une al receptor de insulina, activando el receptor de la tirosina quinasa que fosforila residuos de tirosina en el receptor de la insulina sustratos (IRSG) incluyendo el IRS-1 e IRS-2. [ 31

] En consecuencia, los residuos de fosfotirosina en IRS se unen a moléculas Src homología 2 (SH2) dominios en moléculas como el factor de la proteína de unión al receptor de crecimiento 2 (GRB-2) y la subunidad p85 de reglamentación del fosfatidilinositol (PI) 3-quinasa. These SH2 domain-containing proteins initiate two distinct branches of the signaling pathway. Estos dominios contienen proteínas-SH2 en marcha dos ramas distintas de la vía de señalización. Activation of PI 3-kinase leads to activation of phosphoinositide-dependent kinases (PDKs) 1 and 2, which activates multiple protein kinases including Akt/protein kinase B, atypical protein kinase C (PKC) isoforms, and serum/glucocorticoid-activated protein kinases (Sgk). [ ] Grb-2 interacts with m-SOS, a guanine nucleotide exchange factor that activates Ras. [ ] Activation of Ras triggers a cascade of protein kinases leading to the activation of mitogen-activated protein (MAP) kinase. La activación de PI 3-quinasa conduce a la activación de las quinasas dependientes de fosfoinosítidos-(PDKs) 1 y 2, que activa la proteína quinasa múltiples incluyendo Akt / proteína quinasa B, atípico proteína quinasa C (PKC) isoformas, y el suero / proteína quinasa activada-glucocorticoides (SGK). [

53 ] Grb-2 interactúa con m-SOS, un factor de intercambio de nucleótidos de guanina que activa Ras. [ 54 ] La activación de Ras desencadena una cascada de proteínas quinasas que conduce a la activación de la proteína activada por mitógenos (MAP) cinasa .

Off Signals: Termination of Hormone Action Off Señales: La terminación de la acción hormonal

Just as there are complex biochemical pathways that mediate hormone action, there are also mechanisms to terminate the biologic response. Así como hay vías bioquímicas complejas que median la acción hormonal, también hay mecanismos para poner fin a la respuesta biológica. The necessity for these mechanisms is illustrated by the following example. La necesidad de estos mecanismos se ilustra con el siguiente ejemplo. After we eat a meal, the concentration of plasma glucose increases. Después de comer una comida, aumenta la concentración de glucosa en plasma. This elicits an increase in insulin secretion, which in turn leads to a decrease in plasma glucose levels. Esto provoca un aumento en la secreción de insulina, que a su vez conduce a una disminución en los niveles de glucosa en plasma. If these processes went on unchecked, the level of glucose in the plasma would eventually fall so low that it would lead to symptomatic hypoglycemia. Si estos procesos se encendió sin control, el nivel de glucosa en el plasma finalmente caería tan bajo que daría lugar a la hipoglucemia sintomática. How is insulin action terminated? The answers to this question are not yet entirely clear, but several mechanisms contribute to turning off the insulin signaling pathway. ¿Cómo se termina acción de la insulina? Las respuestas a esta pregunta no están aún del todo clara, pero varios mecanismos contribuyen a apagar la señalización de la insulina vía.

Receptor-Mediated Endocytosis Endocitosis mediada por receptor

Insulin binding to its receptor triggers endocytosis of the receptor. La insulina unión a su receptor desencadena la endocitosis del receptor. Aunque la mayoría de los receptores internalizados son reciclados hacia la membrana plasmática, algunos receptores son transportadas a los lisosomas, donde son degradados. [ 55 ] [ 56 ] Como resultado, la unión de insulina acelera la velocidad de degradación del receptor, con lo que establecen la regulación del número- de los receptores en la superficie celular. Furthermore, endosomes contain proton pumps, which acidify the lumen; the acidic pH within the endosome promotes dissociation of insulin from its receptor. Por otra parte, endosomas contienen las bombas de protones, que acidifican la luz, el pH ácido en el endosoma promueve la disociación de la insulina en su receptor. Ultimately, insulin is transported to the lysosome for degradation. En última instancia, la insulina es transportada a los lisosomas para su degradación. In fact, receptor-mediated endocytosis is the principal mechanism whereby insulin is cleared from the plasma. [ ]

Binding of ligands to other receptor tyrosine kinases also triggers receptor-mediated endocytosis by similar mechanisms. De hecho, la endocitosis mediada por receptor es el principal mecanismo mediante el cual la insulina se elimina del plasma. [ 57 ] La unión de ligandos a receptores tirosina quinasas otros también desencadena la endocitosis mediada por receptor por mecanismos similares.

Protein Tyrosine Phosphatases Proteína tirosina fosfatasas

Protein phosphorylation is a dynamic process. La fosforilación de proteínas es un proceso dinámico. Tyrosine kinases catalyze the phosphorylation of tyrosine residues, but there are also protein tyrosine phosphatases (PTPases) to remove the phosphates. [ ] Thus, PTPases antagonize the action of tyrosine kinases. La tirosina cinasas catalizan la fosforilación de residuos tirosina, pero también hay tirosina fosfatasas (PTPases) para eliminar los fosfatos. [ 2 ] Por lo tanto, PTPases antagonizan la acción de las quinasas de tirosina. Studies with knockout mice have demonstrated that the absence of PTPase-1B is associated with increased insulin sensitivity and also protects against weight gain. [ ] [ ] Nevertheless, the human genome

encodes a large number of PTPases, and it is an important goal of research to elucidate their physiologic functions. Los estudios con ratones knock-out han demostrado que la ausencia de PTPasa-1B se asocia con sensibilidad a la insulina y también protege contra el aumento de peso. [ 58 ] [ 59 ] Sin embargo, el genoma humano codifica un gran número de PTPases, y es un objetivo importante de la investigación para dilucidar sus funciones fisiológicas. If one could develop selective inhibitors of the PTPases that oppose the effects of the insulin receptor tyrosine kinase, it is possible that these inhibitors would provide novel therapies for diabetes. Si se pudiera desarrollar inhibidores selectivos de la PTPases que se oponen a los efectos de la insulina tirosina quinasa del receptor, es posible que estos inhibidores proporcionaría nuevas terapias para la diabetes.

Serine/Threonine Kinases Serina / treonina

Most receptor tyrosine kinases, including the insulin receptor, are substrates for phosphorylation by Ser/Thr-specific protein kinases. La mayoría de tirosina quinasas del receptor, incluido el receptor de la insulina, son sustratos para la fosforilación de Ser / proteína específica-Thr quinasas. Interestingly, the Ser/Thr phosphorylation appears to inhibit the action of the tyrosine kinase. Curiosamente, el Ser / fosforilación de Thr parece inhibir la acción de la tirosina quinasa. Similarly, other phosphotyrosine-containing proteins are subject to inhibitory influences of Ser/Thr phosphorylation resistance. Del mismo modo, otros fosfotirosina proteínas que contienen están sujetos a las influencias inhibidoras de la Ser / resistencia fosforilación de Thr. For example, it has been reported that Ser/Thr phosphorylation of IRS-1 may inhibit insulin action, thereby causing insulin resistance. [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] Por ejemplo, se ha informado de que Ser / Thr de la fosforilación del IRS-1 puede inhibir la acción de la insulina, lo que causa resistencia a la insulina. [ 60 ] [ 61 ] [ 62 ] [ 63 ] [ 64 ]

Mechanisms of Disease Mecanismos de la enfermedad

The simplest forms of endocrine disease are caused by either a deficiency or an excess of a hormone. Las formas más sencillas de la enfermedad endocrina son causados por una deficiencia o un exceso de una hormona. However, hormone resistance syndromes resulting from defects in the signaling pathways can masquerade as hormone deficiency states. Similarly, diseases associated with constitutively activated receptors can mimic states of hormone excess. Sin embargo, la resistencia a la hormona síndromes consecuencia de defectos en las vías de señalización pueden pasar por estados de deficiencia hormonal. Del mismo modo, las enfermedades asociadas a los receptores activados constitutivamente pueden simular estados de exceso hormonal. In some cases, the abnormality in hormone action is genetic in origin, resulting from a mutation in a gene encoding one of the proteins in the signaling pathway. En algunos casos, la anomalía en la acción hormonal es de origen genético, resultado de una mutación en un gen que codifica una de las proteínas en la vía de señalización. Similar syndromes can also be caused by other mechanisms; for example, there are autoimmune syndromes caused by autoantibodies directed against cell-surface receptors. síndromes similares también pueden ser causados por otros mecanismos, por ejemplo, existen síndromes autoinmune causada por autoanticuerpos dirigidos contra la superficie de los receptores de las células. These clinical syndromes illustrate the principle that understanding the biochemical pathways of hormone action can provide important insights into the pathophysiology of human disease. Estos síndromes clínicos ilustrar el principio que la comprensión de las vías bioquímicas de la acción hormonal puede proporcionar importantes conocimientos sobre la fisiopatología de las enfermedades humanas.

Genetic Defects in Receptor Function Defectos genéticos en la función del receptor

At least two distinct major types of genetic defects can cause hormone resistance. [ ] First, mutations can lead to a decrease in the number of receptors. Al menos dos grandes tipos distintos de defectos genéticos pueden causar resistencia a la hormona. [

65 ] En primer lugar, las mutaciones pueden llevar a una disminución en el número de receptores. For example, in the case of the insulin receptor, mutations have been identified that decrease receptor number by at least three mechanisms: (1) impairing receptor biosynthesis, (2) inhibiting the transport of receptors to their normal location in the plasma membrane, and (3) accelerating the rate of receptor degradation. Por ejemplo, en el caso del receptor de la insulina, se han identificado mutaciones que disminuyen el número de receptores por al menos tres mecanismos: (1) del receptor de la biosíntesis de perjudicar, (2) la inhibición del transporte de receptores a su ubicación normal en la membrana plasmática, y (3) la aceleración de la tasa de degradación del receptor. Second, mutations can impair the intrinsic activities of the receptor. En segundo lugar, las mutaciones pueden afectar las actividades intrínseca del receptor. In the case of the insulin receptor, mutations have been reported that decrease the affinity of insulin binding or inhibit receptor tyrosine kinase activity. En el caso del receptor de insulina, las mutaciones se han reportado que disminuyen la afinidad de la insulina vinculante o inhibir la actividad tirosina quinasa del receptor.

Receptor dimerization is known to play a central role in the mechanisms whereby ligands activate many cell-surface receptors. dimerización del receptor se sabe que juega un papel central en los mecanismos por los ligandos activan los receptores de la superficie celular varios. This role has been shown most convincingly in the case of the GH receptor (a member of the family of cytokine receptors) but has also been postulated for receptor tyrosine kinases. Este papel se ha demostrado de manera concluyente en el caso del receptor de GH (un miembro de la familia de receptores de citoquinas), pero también se ha postulado para tirosina quinasas del receptor. The syndromes of multiple endocrine neoplasia types 2A and 2B and familial medullary carcinoma of the thyroid are caused by mutations in the gene encoding the Ret tyrosine kinase (a subunit of the receptor for glial cell–derived growth factor). [ ] Ordinarily, cysteine residues in the extracellular domain of Ret participate in the formation of intramolecular disulfide bonds. Los síndromes de neoplasia endocrina múltiple tipo 2A y 2B y carcinoma medular de tiroides familiar son causados por mutaciones en el gen que codifica la tirosina quinasa RET (una subunidad del receptor de factor de crecimiento derivado de células gliales). [ 66 ] Por lo general, la cisteína residuos en el dominio extracelular de Ret participar en la formación de enlaces disulfuro intramoleculares. Mutation of one of the cysteine

residues leaves an unpaired cysteine residue that promotes dimerization of Ret molecules, thereby activating the Ret receptor tyrosine kinase ( ). La mutación de uno de los residuos de cisteína deja un residuo de cisteína desapareados que promueve la dimerización de las moléculas de Ret, activando la tirosina quinasa del receptor Ret ( fig. 5.5 ). Activation of the Ret tyrosine kinase through this germ line mutation converts Ret into an oncogene. La activación de la tirosina quinasa RET través de esta mutación germinal convierte en un oncogen Ret.

Figure 5-5 Mutations leading to constitutive activation of Ret. Figura 5-5 Las mutaciones que conducen a la activación constitutiva de Ret. “Wild-type” Ret has intramolecular disulfide bonds formed by two cysteine residues in the same receptor molecule ( left ). "Tipo salvaje" Ret ha disulfuro de enlaces intramoleculares formada por dos residuos de cisteína en la molécula mismo receptor (izquierda). When one of the two cysteine residues is mutated, the unpaired cysteine residue is available to form an intermolecular disulfide bond with a cysteine residue on another receptor molecule. Cuando uno de los dos residuos de cisteína está mutado, el residuo de cisteína desapareado está disponible para formar un puente disulfuro intermoleculares con un residuo de cisteína en otra molécula receptora. This leads to receptor dimerization ( right ), which in turn leads to constitutive activation of the receptor tyrosine kinase. [ ] [ ] [ ] This type of mutation has been identified in patients with multiple endocrine neoplasia type 2. Esto conduce a la dimerización del receptor (a la derecha), que a su vez conduce a la activación constitutiva del receptor de la tirosina quinasa. [ 66 ] [ 67 ] [ 68 ] Este tipo de mutación se ha identificado en pacientes con neoplasia endocrina múltiple tipo 2.

Autoantibodies Directed against Cell-Surface Receptors Autoanticuerpos dirigidos contra los receptores de la superficie celular

Inhibitory antireceptor autoantibodies were first identified in myasthenia gravis. [ ] In this neurologic disease, antibodies to the nicotinic acetylcholine receptor impair neuromuscular transmission, apparently by accelerating receptor degradation. autoanticuerpos antirreceptor inhibitoria se identificó por primera vez en la miastenia gravis. [ 69 ] En esta enfermedad neurológica, anticuerpos contra el receptor nicotínico de acetilcolina poner en peligro la transmisión neuromuscular, al parecer por la aceleración de la degradación del receptor. Subsequently, autoantibodies to the insulin receptor were demonstrated to block insulin action in the syndrome of type B extreme insulin resistance. [ ] Insulin resistance is caused by at least two mechanisms: (1) the antireceptor antibodies inhibit insulin binding to the receptor [ ] and (2) the antibodies accelerate receptor degradation. [ ] Posteriormente, los anticuerpos al receptor de insulina se demostró que bloquear la acción de insulina en el síndrome de resistencia a la insulina tipo extremo B. [ 70 ] La resistencia de insulina es causada por al menos dos mecanismos: (1) los anticuerpos antirreceptor inhiben la insulina unión al receptor [ 71 ] y (2) los anticuerpos acelerar la degradación del receptor. [ 72 ]

Graves' disease provided the first example of stimulatory antireceptor autoantibodies. [ ] In Graves' disease, there are autoantibodies directed against the thyroid-stimulating hormone (TSH) receptor. "La enfermedad de Graves siempre que el primer ejemplo de autoanticuerpos antirreceptor estimulantes. [ 73 ] En "La enfermedad de Graves, existen autoanticuerpos dirigidos contra la hormona estimulante del tiroides (TSH). These antireceptor antibodies activate the TSH receptor, thereby stimulating growth of the thyroid gland as well as hypersecretion of thyroid hormone. Estos anticuerpos antirreceptor activar el receptor de TSH, estimulando así el crecimiento de la glándula tiroides, así como la hipersecreción de hormona tiroidea. This “experiment of nature” demonstrates that the receptor can be activated by ligands other than the physiologic ligand and that the normal spectrum of biologic actions can be triggered by this unphysiologic ligand (ie, the antireceptor antibody). Este experimento "de la naturaleza" demuestra que el receptor puede ser activado por otros ligandos que el ligando fisiológico y que el espectro normal de las acciones biológicas pueden ser provocados por este ligando fisiológico (es decir, el anticuerpo antirreceptor). Similarly, antibodies to the insulin receptor have been demonstrated to activate the insulin receptor by mimicking insulin action. Del mismo modo, los anticuerpos del receptor de la insulina se ha demostrado para activar el receptor de la insulina imitando acción de la insulina. Although it is more common for a patient with anti–insulin receptor autoantibodies to present with insulin resistance, patients with anti–insulin receptor autoantibodies have also been reported to experience fasting hypoglycemia. [ ] [ ] Aunque es más común que un paciente con autoanticuerpos del receptor de insulina-anti presentar con resistencia a la insulina, los pacientes con autoanticuerpos del receptor de insulina-anti También se ha informado a experimentar hipoglucemia en ayunas. [ 74 ] [ 75 ]

Receptor Serine Kinases Serina quinasas del receptor

Receptor serine kinases [ ] have several features in common with receptor tyrosine kinases. serina quinasas del receptor [ 76 ] tienen varias características en común con el receptor de tirosina quinasas. For example, both classes of receptors possess (1) N-terminal extracellular domains, which bind ligand, (2) a single transmembrane domain, and (3) C-terminal intracellular domains, which possess protein kinase activity. Por ejemplo, los dos tipos de receptores poseen (1) terminal extracelular

dominios-N, que se unen ligando, (2) un dominio transmembrana individual, y (3) terminal intracelular dominios-C, que poseen la proteína quinasa. However, the two classes of receptors differ with respect to enzymatic specificity. Sin embargo, las dos clases de receptores difieren con respecto a la especificidad enzimática. Whereas receptor tyrosine kinases phosphorylate tyrosine residues, receptor serine kinases phosphorylate serine and threonine residues in their protein substrates. There are two types of receptor serine kinases: type I and type II. The human genome contains 12 genes encoding receptor serine kinases—seven type I and five type II receptors—each of which is approximately 500 amino acids in length. Considerando que la tirosina quinasas del receptor fosforilan residuos de tirosina, serina quinasas del receptor fosforilan residuos de serina y treonina en sus sustratos proteicos. Hay dos tipos de quinasas serina del receptor: tipo I y tipo II. El genoma humano contiene 12 genes que codifican los receptores quinasas de serina y siete tipo I y cinco receptores tipo II, cada uno de los cuales es de aproximadamente 500 aminoácidos de longitud.

Receptor Activation: Role of Receptor Dimerization La activación del receptor: Papel de los receptores Dimerización

Receptor serine kinases mediate the biologic actions ( ) of a single, large family of ligands: the transforming growth factor (TGF)- family of ligands, which are characterized by the presence of six conserved cysteine residues. β [ ] The human genome contains 42 genes encoding cytokines in the TGF- family, which are divided into two classes: (1) the activin/TGF- family β βand (2) the müllerian inhibitory substance (MIS)/bone morphogenic protein (BMP) family. serina quinasas del receptor median las acciones biológicas ( fig. 5-6 ), de una, grande sola familia de ligandos: el factor de crecimiento transformante (TGF)- familia de ligandos, que se caracterizan por la presencia de seis residuos de cisteína conservados. β [ 76 ] El genoma humano contiene 42 genes que codifican las citocinas en el TGF- de la familia, que se dividen en dos clases: (1) la activina / -β βTGF familia y (2) la sustancia inhibidora de Müller (MIS) / proteína ósea morfogenética (BMP ) de la familia. Activin and the related inhibin, as well as MIS, are of particular interest within the field of reproductive endocrinology (see and ). Activina y la inhibina conexos, así como MIS, son de interés particular en el campo de la endocrinología reproductiva (ver capítulos 8 y 16 ).

Figure 5-6 Mechanism of action of receptor serine kinases.Figura 5-6 Mecanismo de acción de quinasas serina del receptor. Binding of dimeric ligand to the RII subunit triggers assembly of the receptor into the heterotetrameric [(RI) 2 (RII) 2 ] state. La unión del ligando a la subunidad dimérica RII desencadenantes de montaje del receptor en el [heterotetramérica (RI) 2 (RII) 2 Estado]. RII transphosphorylates RI, thereby activating phosphorylation of the R-Smad (bound to SARA in endosomes). The phosphorylated R-Smad associates with a Co-Smad. RII transphosphorylates RI, con lo que la activación de la fosforilación de la R-Smad (ligado a SARA en endosomas). El R-Smad asociados phosphorylated con un Co-Smad. Eventually, the R-Smad is translocated into the nucleus, where it binds to DNA, enabling it to regulate gene transcription. Finalmente, el R-Smad se transloca al núcleo, donde se une al ADN, lo que le permite regular la transcripción de genes. The I-Smad can also bind to the activated receptor, thereby promoting ubiquitination and degradation of the receptor. El I-Smad también puede unirse al receptor se activa, promoviendo así la ubiquitinación y degradación del receptor.

When ligands bind to the receptors, this promotes a physical interaction between the type I receptor (RI) and the type II receptor (RII) (see ). Cuando los ligandos se unen a los receptores, esto promueve una interacción física entre el receptor de tipo I (RI) y el tipo de receptor II (RII) (ver fig. 5.6 ). As a consequence of this physical interaction, the RII receptor activates the RI receptor by phosphorylating one or more serine residues in the GS domain (TTSGSGSG sequence) of the RI receptor. [ ] How does the ligand trigger receptor activation? Como consecuencia de esta interacción física, el receptor RII activa el receptor RI mediante la fosforilación de uno o varios residuos de serina en el dominio GS (secuencia TTSGSGSG) del receptor de IR. [ 76 ] ¿Cómo funciona la activación del receptor de activación ligando? In the case of the MIS/BMP family of cytokines, the ligand binds to the isolated RI receptor with high affinity and the RII receptor with relatively low affinity. En el caso del SIG / BMP familia de las citoquinas, se une el ligando del receptor a la aislada RI con alta afinidad y el receptor de baja afinidad con RII relativamente. Because the ligand can bind simultaneously to both RI and RII, this provides a ready explanation for the ability to promote a physical interaction between RI with RII. The mechanism is different in the case of the activin/TGF- βfamily of cytokines. Debido a que el ligando se puede enlazar de forma simultánea a ambos RI y RII, esto proporciona una explicación para la capacidad de promover una interacción física entre el RI con un IIR. El mecanismo es diferente en el caso de la activina / -TGF de la familia de las citocinas. β For example, TGF- binds with high affinity to RII but does not interact βdirectly with RI. Por ejemplo,- se une TGF con gran afinidad a RII, pero no interactúa directamente con RI. β However, TGF- βbinding appears to induce a conformational change in RII, thereby promoting a direct binding interaction between the intracellular domains of RII and RI. Furthermore, cytokines such as TGF- exist as dimers, which permits them to bind βsimultaneously to two RII molecules so that the activated receptor complex probably exists as a heterotetramer: (RI) 2 (RII) 2 . Sin embargo, -TGF vinculante parece inducir un cambio conformacional en RII, promoviendo así una interacción en la unión βdirecta entre los dominios intracelulares de RII y RI. Además, las citocinas como el TGF- existen como dímeros, que les β

permite unirse simultáneamente a dos RII moléculas de manera que el complejo receptor activado probablemente existe como una heterotetrámero: (RI) 2 (RII) 2.

There is an additional level of complexity that contributes to the regulation of receptor serine kinases. [ ] The biology related to activin provides several examples. Existe un nivel adicional de complejidad que contribuye a la regulación de las quinasas serina del receptor. [ 76 ] La biología relacionados con la activina proporciona varios ejemplos. Follistatin is a “ligand trap,” a soluble protein that binds activin, thereby blocking access to RI and RII. Follistatin es un ligando "trampa", una proteína soluble que se une activina, bloqueando el acceso a la RI y RII. Inhibin is a peptide that inhibits activin signaling by binding to the receptor without activating the phosphorylation of RI. La inhibina es un péptido que inhibe la señalización activina al unirse al receptor sin necesidad de activar la fosforilación de la RI. Betaglycan is a membrane-anchored protein, which functions as a coreceptor for inhibin by promoting inhibin binding to the activin receptor. Betaglycan es una proteína de membrana anclada-, que funciona como un correceptor para la inhibina mediante la promoción de la inhibina unión al receptor de activina. Interestingly, betaglycan does not bind activin. Curiosamente, no se une betaglycan activina.

Receptor Serine Kinases Phosphorylate Other Intracellular Proteins Serina quinasas del receptor de fosforilar otras proteínas intracelulares

Once activated, receptor serine kinases are capable of phosphorylating other protein substrates. Una vez activado, serina quinasas del receptor son capaces de fosforilar otras proteínas sustratos. Receptor-regulated Smad proteins (R-Smad) function as the immediate downstream effectors of receptor serine kinases (see ). [ ] Smad proteins are the mammalian homologs of the proteins encoded by the drosophila Mad (Mothers against decapentaplegic) gene and the C. regula las proteínas Smad-receptor (R-Smad) funcionan como efectores de bajada inmediata de la serina quinasas del receptor (ver fig. 6.5 ). [ 76 ] proteínas Smad son los homólogos mamíferos de las proteínas codificadas por el drosophila Mad (Madres contra decapentaplegic ) de genes y la C. elegans Sma genes. elegans Sma genes. There are five human R-Smad proteins. Hay cinco R-Smad proteínas humanas. Smad2 and Smad3 mediate the actions of the activin/TGF- family of cytokines; Smad1, Smad5, andβ Smad8 mediate the actions of the MIS/BMP family of cytokines. Smad2 y Smad3 median las acciones de la activina / -TGF de βla familia de las citocinas; Smad1, Smad5 y Smad8 median las acciones de la MIS / BMP familia de las citocinas.

The mechanism of action of TGF- has been studied in considerable detail β [ ] and provides a prototype for the mechanism of action of receptor serine kinases. [ ] When RI becomes phosphorylated in its GS domain in response to TGF- , this increases βthe binding affinity for R-Smad proteins such as Smad2 (see ). El mecanismo de acción del TGF- se ha estudiado en detalle β [ 71

] y proporciona un prototipo para el mecanismo de acción de las quinasas serina del receptor. [ 76 ] Cuando se convierte en RI fosforiladas en su dominio GS en respuesta al TGF- , esta aumenta la afinidad de unión para las proteínas Smad-R como βSmad2 (ver fig. 5.6 ). This, in turn, leads to phosphorylation of the two C-terminal serine residues in the SSXS sequence at the C-terminus of Smad2. Esto, a su vez, conduce a la fosforilación de la serina dos residuos terminales-C en la secuencia SSXS en el extremo C-terminal de Smad2. Receptor-mediated phosphorylation of the R-Smad, Smad2, takes place when Smad 2 is bound to the Smad anchor for receptor activation (SARA), which is located in early endosomes. When the two C-terminal serine residues in Smad2 become phosphorylated, this promotes dissociation of Smad2 from SARA and also promotes binding of Smad2 to the co-mediator (Co-Smad), Smad4. Mediada por la fosforilación del receptor de la R-Smad, Smad2, tiene lugar cuando Smad 2 se une a la Smad ancla para la activación del receptor (SARA), que se encuentra en los endosomas tempranos. Cuando los dos terminales de los residuos de serina-C en Smad2 se fosforilan, Esto promueve la disociación de Smad2 de SARA y también promueve la unión de Smad2 a la co-mediador (Co-Smad), Smad4. Thus, phosphorylation of the R-Smad promotes the assembly of heteromeric complexes of R-Smad molecules with the Co-Smad. Por lo tanto, la fosforilación de la R-Smad promueve la asamblea de los complejos Smad-heteroméricos de moléculas R con la Co-Smad.

Smads also contain sites for phosphorylation by other protein kinases, which provides an opportunity for regulatory cross-talk from other cellular signaling systems. Smads también contienen sitios de fosforilación por otras quinasas, que proporciona una oportunidad para la regulación de la diafonía de otros sistemas de señalización celular.

Smad7 is an inhibitory Smad (I-Smad), which binds to activated receptors in competition with R-Smads. Smad7 es un inhibidor Smad (I-Smad), que se une a los receptores activados en la competencia con R-Smads. Binding of Smad7 promotes receptor ubiquitination and degradation mediated by E3 ubiquitin ligases and Smad ubiquitination regulatory factors (Smurfs). La unión del receptor de Smad7 promueve la ubiquitinación y la degradación mediada por ubiquitina ligasas E3 y ubiquitinación de reglamentación factores Smad (los Pitufos). These processes represent a negative feedback system, which contributes to the termination of TGF- signaling (see β ). Estos procesos representan un sistema de retroalimentación negativa, lo que contribuye a la terminación del TGF- de señalización (ver β fig. 6.5 ).

Smad Proteins Regulate Gene Expression Las proteínas Smad regulan la expresión génica

Some R-Smads contain lysine-rich nuclear localization signals (KKLKK), which bind to importin, thereby mediating translocation into the nucleus. [ ] It is possible that direct binding to components of the nuclear pore complex also contribute to the mechanism whereby Smads are translocated into the nucleus. R-Algunos Smads contienen ricos señales de localización nuclear-lisina (KKLKK), que se unen a la importina, con lo que la mediación translocación hacia el núcleo. [ 76 ] Es posible que la unión directa a los componentes del complejo del poro nuclear también contribuirán a este mecanismo mediante el cual Smads se translocan al núcleo. Most R-Smads (with the exception of Smad2) bind to DNA in a sequence-specific fashion. R-La mayoría de Smads (con la excepción de Smad2) se unen al ADN en una secuencia específica de la moda. The minimum Smad binding element is a 4 base pair (bp) sequence: 5′-AGAC-3′. El elemento vinculante mínimo del Smad es una base de par 4 (pb)

secuencia: 5'-AGAC-3 '. This sequence is quite short, and would not be expected to provide a high degree of specificity. Esta secuencia es bastante corto, y no se espera que proporcione un alto grado de especificidad. Therefore, it seems likely that other factors also contribute to the specificity of gene regulation. Por lo tanto, parece probable que otros factores también contribuyen a la especificidad de la regulación génica.

Receptors that Signal through Associated Tyrosine Kinases Los receptores de señal de que a través de Associated tirosina quinasas

Overview Información general

Members of the cytokine family of receptors resemble receptor tyrosine kinases in their mechanism of action, with one important difference. Los miembros de la familia de las citocinas de los receptores de tirosina quinasas del receptor se asemejan en su mecanismo de acción, con una diferencia importante. Instead of the tyrosine kinase being intrinsic to the receptor, enzymatic activity resides in a protein that associates with the cytokine receptor. En lugar de la tirosina quinasa intrínseca que al receptor, la actividad enzimática reside en una proteína que se asocia con el receptor de citocina. As with receptor tyrosine kinases, ligand binding to the cytokine receptor activates the associated kinase. Al igual que con tirosina quinasas del receptor, la unión del ligando al receptor de citocinas activa la cinasa asociada. The more than 25 known ligands that bind to members of the cytokine receptor family have diverse functions. Three of the ligands are hormones: (1) GH, which is vital for normal body height; (2) prolactin (PRL), which is required for reproduction and lactation; and (3) leptin, which suppresses appetite and stimulates energy expenditure. Los más de 25 ligandos conocidos que se unen a los miembros de la familia de receptores de citoquinas tienen diversas funciones. Tres de los ligandos son hormonas: (1) GH, que es vital para la altura normal del cuerpo, (2) prolactina (PRL), que se requiere para la reproducción y la lactancia, y (3) la leptina, que suprime el apetito y estimula el gasto energético. Other ligands of cytokine receptors, for example, erythropoietin, most interleukins, and interferons , , and , regulate hematopoiesis or the immune response.α β γ Otros ligandos de receptores de citoquinas, por ejemplo, la eritropoyetina, la mayoría de las interleucinas y los interferones , , y , regulan la hematopoyesisα β γ o la respuesta inmune. A number of genetic diseases can be traced to defects in cytokine receptors. Un número de enfermedades genéticas se pueden remontar a defectos en los receptores de citoquinas. For example, Laron dwarfism is caused by autosomal recessive mutations of the GH receptor [ ] and autosomal recessive mutations of the leptin receptor can cause morbid obesity. [ ] Por ejemplo, el enanismo de Laron es causada por mutaciones autosómicas recesivas del receptor de GH [ 77 ] y autosómica recesiva mutaciones del receptor de la leptina puede causar la obesidad mórbida. [ 78 ]

Cytokine Receptors Are Composed of Multiple Subunits Receptores de citoquinas se componen de múltiples subunidades

Members of the cytokine family of receptors share homology in both the extracellular and cytoplasmic domains. Los miembros de la familia de receptores de citoquinas comparten homología tanto en el citoplasma y dominios extracelulares. Some cytokine receptors, including the receptors for GH, PRL, and leptin, are thought to be composed of dimers of a single receptor subunit ( ). Algunos receptores de citoquinas, incluyendo los receptores de GH, PRL, y la leptina, se cree que se compondrá de los dímeros de una subunidad del receptor único ( fig. 7.5 ). One ligand is thought to bind to both receptor subunits as discussed earlier for the GH receptor. Un ligando se cree que se unen a ambas subunidades del receptor como se señaló anteriormente para el receptor de GH. However, most cytokine receptors are composed of two or more different subunits, with as many as six subunits constituting a single receptor. [ ] [ ] Some of these receptors are thought to bind ligand dimers. Sin embargo, la mayoría de los receptores de citoquinas se componen de dos o más subunidades diferentes, con nada menos que seis subunidades que constituyen un solo receptor. [ 79 ] [ 80 ] Algunos de estos receptores se cree que los dímeros se unen ligando. One or more of these receptor subunits is shared by receptors for other cytokines. Uno o más de estas subunidades de los receptores es compartido por los receptores de otras citoquinas. This phenomenon of “mixing and matching” receptor subunits is an efficient way for the cell to fine-tune its cellular responses and increase the number of ligands a group of receptor subunits can bind. Este fenómeno de "matching" de los receptores subunidades y la mezcla es una forma eficiente de la celda para afinar sus respuestas celulares y aumentar el número de ligandos un grupo de subunidades del receptor puede unirse. For example, a receptor composed of gp130 and leukemia inhibitory factor receptor subunit βbinds leukemia inhibitory factor, a pleiotropic cytokine with multiple functions that appears to serve as a molecular interface between the neuroimmune and endocrine systems. [ ] The same receptor subunits, when combined with a ciliary neurotrophic factor receptor subunit, show a preference for ciliary neurotrophic factor, a trophic factor for motor neurons in the ciliary ganglion and spinal cord and a potent appetite suppressor. [ ] Combine two gp130 subunits with an interleukin-6 (IL-6) receptor subunit and the new receptor shows a preference for IL-6, an inducer of the acute phase response with additional antiinflammatory properties. [ ] Por ejemplo, un receptor integrado de gp130 y la leucemia del receptor del factor inhibidor subunidad se une el factor inhibidor de la leucemia, una citoquina pleiotrópicos con funciones múltiples que βparece servir como interfaz entre la moleculares y los sistemas endocrinos neuroinmunes. [ 81 ] Las subunidades del receptor mismo, cuando combinado con un factor ciliar neurotrófico subunidad del receptor, muestran una preferencia por el factor neurotrófico ciliar, un factor trófico para las neuronas motoras en el ganglio ciliar y la médula espinal y un supresor de apetito potente. [ 82 ] Combina dos subunidades gp130 con interleucina-6 (IL -6) subunidad del receptor y el receptor de nuevo muestra una preferencia por la IL-6, un inductor de la respuesta de fase aguda, con más propiedades antiinflamatorias. [ 83 ]

Figure 5-7 Cytokine receptors are composed of multiple subunits and bind to one or more members of the Janus kinase (JAK) family of tyrosine kinases. A, Growth hormone (GH), like prolactin and leptin, binds to receptor homodimers and activates JAK2. B, Interferon- (IFN- ) homodimers bind to their ligand-binding R1 subunits.γ γ γ Figura 5-7 receptores de citoquinas se componen de múltiples subunidades y se unen a uno o más miembros de la quinasa Janus (JAK) de la familia de las cinasas de la tirosina. Una, la hormona del crecimiento (GH), como la prolactina y la leptina, se une al receptor de homodímeros y activa JAK2 . B, el Interferón- (IFN- ) homodímeros γ γse unen a su unión R1 subunidades-ligando.γ The R2 subunits are then recruited, leading to activation of JAK1, γwhich binds to R1 subunit, and JAK2, which binds to R2 subunit.γ γ Las subunidades R2 son entonces contratados,γ lo que lleva a la activación de JAK1, que se une a la subunidad R1 y JAK2, que se une a la subunidad R2.γ γ Both subunits and both JAKs are necessary for responses to IFN- . γ C, Interleukin-2 (IL-2) binds to receptors composed of three subunits: a c subunit shared with receptors for ILs 4, 7, 9 and 15; an IL-2R subunit shared with the IL-15 γ βreceptor; and a noncytokine receptor subunit, IL-2R subunit.α Ambas subunidades y ambos son necesarios para JAK respuestas al IFN- . γ C, interleucina-2 (IL-2) se une a los receptores compuesto por tres subunidades: una subunidad c para compartir con los receptores de IL 4, 7, 9 y 15; un IL 2R subunidad-compartido con el receptor γ βde IL-15, y una subunidad del receptor de noncytokine, IL-2R subunidad.α IL-2 activates both JAK3, bound to the

c subunit, and JAK1, bound to IL2-R .γ β IL-2 activa tanto JAK3, unidos a la subunidad c y JAK1, obligado a IL2-R .γ β Extracellular regions of homology are indicated by the black lines and patterns. Intracellular regions of homology are indicated by the white boxes. Identical subunits are indicated by identical colors . extracelular regiones de homología se indican mediante las líneas de negro y patrones. intracelular regiones de homología se indican mediante las líneas en blanco. subunidades idénticas se identifican con colores idénticos.

Cytokine Receptors Activate Members of the Janus Family of Tyrosine Kinases Receptores de citoquinas Activar los miembros de la familia Jano de la tirosina quinasas

Members of the cytokine family of receptors do not themselves exhibit enzymatic activity. Los miembros de la familia de las citocinas de los receptores no se presentan actividad enzimática. Rather, they bind members of the Janus family of tyrosine kinases (JAKs) via a proline-rich region (see ). Más bien, se unen a los miembros de la familia de Jano de tirosina quinasas (JAK) a través de una región rica en prolina (ver fig. 7.5 ). There are four known JAKs, designated JAK1, JAK2, JAK3, and TYK2. Hay cuatro JAK conocido, designado JAK1, JAK2, JAK3 y Tyk2. As do the cytokine receptors themselves, the JAKs mix and match in that some receptors show a strong preference for a single JAK, some require two different JAKs, and others appear to activate multiple JAK family members. Al igual que los propios receptores de citoquinas, la mezcla de JAK y partido en que algunos receptores muestran una fuerte preferencia por una sola JAK, algunos requieren dos JAK diferentes, y otros parecen activar varios miembros de la familia JAK. For example, GH, PRL, and leptin preferentially activate JAK2. Por ejemplo, GH, PRL, y la leptina preferentemente activar JAK2. Interferon- activates JAK1 and JAK2, and IL-2 activates JAK1 and JAK3. γ [ ] [ ] El interferón- activa JAK1 y JAK2, e IL-2 activa y JAK1 JAK3. γ [ 79 ] [ 84 ]

Binding of ligand to a cytokine receptor activates the appropriate JAK family member or members. La unión del ligando a un receptor de citocinas activa el JAK miembro de la familia o los miembros apropiados. In some cases (eg, PRL), the JAKs appear to be constitutively associated with the cytokine receptor and ligand binding increases their activity. [ ] In other cases (eg, the GH receptor), ligand binding increases both the affinity of JAKs for the cytokine receptor and the activity of the associated JAKs. [ ] Activation of JAKs requires receptor oligomerization, presumably to bring two or more JAKs into sufficiently close proximity to transphosphorylate each other on the activating tyrosine in the kinase domain, as described earlier in the chapter for the receptor tyrosine kinases. En algunos casos (por ejemplo, PRL), el JAK parecen ser constitutivamente asociada con el receptor de citoquinas y ligando incrementa la unión de su actividad. [ 85 ] En otros casos (por ejemplo, el receptor de GH), ligando los aumentos obligatorios tanto la afinidad de JAK para el receptor de citoquinas y la actividad de la JAK asociadas. [ 86 ] La activación de JAK requiere oligomerización del receptor, probablemente para llevar a dos o más JAK en proximidad suficiente como para transphosphorylate entre sí en la activación de la tirosina quinasa en el dominio, como se describió anteriormente en el capítulo para la tirosina quinasas del receptor. Both receptor dimerization and ligand-induced changes in receptor conformation appear to be required for receptor activation. [ ] Transphosphorylation is believed to cause a conformational change that exposes the ATP- or substrate-binding site, or both. Tanto la dimerización del receptor y ligando inducidos por cambios en la conformación de los receptores parecen ser necesarios para la activación del receptor. [ 87 ] transfosforilación se cree que causa un cambio conformacional que expone el ATP o el sitio de unión del sustrato, o ambas cosas. Once the JAKs are activated, they phosphorylate themselves and their associated receptor subunits on multiple tyrosines. JAKs appear to be vital for normal human function. Una vez que el JAK son activadas, se fosforilan ellos y sus asociados subunidades de los receptores de tirosinas múltiples. JAK parecen ser vitales para la función humana normal. Mutations in the JAK3 gene have been linked to an autosomal recessive form of severe combined immunodeficiency disease. [ ] Targeted disruption of the JAK2 gene in mice is embryonic lethal. [ ] Las mutaciones en el gen JAK3 se han relacionado con una forma autosómica recesiva de la enfermedad de inmunodeficiencia combinada severa. [ 88 ] la interrupción selectiva del gen JAK2 en los ratones es embrionaria letal. [ 89 ]

Signaling Pathways Initiated by Cytokine Receptor–JAK Complexes Vías de señalización del receptor Iniciado por JAK Complejos de citoquinas

Phosphorylated tyrosines within the cytokine receptor subunits and their associated JAKs form binding sites for various signaling proteins containing phosphotyrosine binding domains, such as SH2 and PTB domains. tirosinas fosforilados dentro de las subunidades de receptores de citoquinas y de sus asociados JAK sitios de unión para formar diferentes proteínas de señalización que contienen dominios de unión a fosfotirosina, tales como dominios SH2 y PTB. Each cytokine receptor–JAK complex would be expected to have some tyrosine-containing motifs shared with many other cytokine receptor–JAK complexes (eg, tyrosines within JAKs) and some ligand-specific tyrosine-containing motifs (eg, tyrosines within a specific combination of receptor subunits). Cada receptor-JAK complejo de citoquinas se espera que tenga algunos con motivos-tirosina compartía con muchos complejos de receptores de citoquinas JAK-otros (por ejemplo, dentro de tirosinas JAK) y algunas específicas de la tirosina-ligando con motivos (por ejemplo, tirosinas en una combinación específica de subunidades del receptor). Thus, ligand binding to cytokine receptors would be expected to initiate some signaling pathways that are shared by many cytokines and some that are more specialized to a particular cytokine receptor. Así, la unión del ligando a los receptores de citoquinas se espera que iniciar algunas vías de señalización que son compartidos por muchas citocinas y otros que son más especializados a un receptor de citoquinas en particular. The signaling proteins known to be recruited to subsets of cytokine receptor–JAK complexes are generally the same as those recruited to receptor tyrosine kinases. Las proteínas de señalización que se sabe reclutó a subconjuntos de citocina JAK complejos de los receptores son generalmente los mismos que los reclutados para tirosina quinasas del receptor. Examples include the IRS proteins, the adaptor proteins Shc and Grb-2 that lead to activation of the Ras-MAP kinase pathway, phospholipase C , and PI 3-kinase.γ Los ejemplos incluyen las proteínas IRS, las proteínas adaptadoras y Shc Grb 2-que conducen a la activación de la MAP quinasa-Ras, C fosfolipasa, y PI 3-quinasa. γHowever, there is one family of signaling proteins that appears to be particularly important for the function of cytokines—signal transducers and activators of transcription (STATs) ( ). Sin embargo, existe una familia de proteínas de señalización que parece ser particularmente importante para la función de los transductores de señales de las citoquinas y activadores de la transcripción (STAT) ( fig. 5-8 ). STAT proteins are latent cytoplasmic transcription factors. proteínas STAT son la transcripción citoplasmáticos factores latentes. STATs bind, through their SH2 domains, to one or more phosphorylated tyrosines in activated receptor-JAK complexes. obligar a STAT, a través de sus dominios SH2, a uno o más fosforilada en tirosinas activado complejos JAK-receptor. Once bound, they themselves are tyrosyl phosphorylated, presumably by the receptor-associated JAKs. Una vez unidos, ellos mismos son tirosilo fosforilada, presumiblemente por los asociados JAK-receptor. STATs then dissociate from the receptor-JAK complexes, homodimerize or heterodimerize with other STAT proteins, move to the nucleus, and bind to gamma-activated sequence–like elements in the promoters of cytokine-responsive genes. [ ] The transcriptional response depends on how many STAT binding sites exist in the receptor-JAK complex, with which of the seven known STATs a particular STAT heterodimerizes, to what other proteins a particular STAT binds, the degree of serine or threonine phosphorylation of the STAT, and what other transcription factors are also activated. STAT luego disociarse de la vía JAK complejos-receptor, o homodimerize heterodimerizan con proteínas STAT otros, se mueven hacia el núcleo, y se unen a elementos como el activado por la secuencia de rayos gamma en los promotores de genes de respuesta a las citocinas. [ 90 ] La respuesta depende de la transcripción cuántos sitios de unión de STAT existen en el complejo receptor-JAK, con cuál de los siete conocidos STAT STAT heterodimerizes un particular, sobre lo que uno se une a otras proteínas STAT particular, el grado de fosforilación de la serina o treonina del STAT, y qué otros factores de transcripción también se activan. For example, leukemia inhibitory factor, whose receptor contains seven STAT3 binding motifs (YXXQ, where Y = tyrosine, X = any amino acid, and Q = glutamine) is a particularly potent activator of STATSTAT3. [ ] The transcriptional activity of STAT5 is enhanced by its forming a complex with the glucocorticoid, mineralocorticoid, and progesterone receptors but is diminished by its forming a complex with the estrogen receptor. [ ] The importance of STAT5b for GH signaling is illustrated by the finding that severe growth failure is associated with point mutations in the STAT5b gene that result in a defective SH2 domain or an unstable, truncated form of STAT5b. [ ] [ ] Por ejemplo, la leucemia factor inhibitorio, cuyo receptor contiene siete motivos vinculante STAT3 (YXXQ, donde Y = tirosina, X = cualquier aminoácido, la glutamina y = Q) es un potente activador de STATSTAT3 particular. [ 91 ] La actividad transcripcional de STAT5 es reforzada por su formación de un complejo con el de glucocorticoides, mineralocorticoides y los receptores de progesterona, pero se ve disminuida por la formación de un complejo con el receptor de estrógeno. [ 92 ] La importancia de la señalización STAT5b de GH es ilustrada por la afirmación de que la falta de crecimiento grave se asocia a mutaciones puntuales en el gen STAT5b que dan lugar a un dominio SH2 defectuoso o una, truncado forma inestable de STAT5b. [ 93 ] [ 94 ]

Figure 5-8 Cytokines activate signal transducers and activators of transcription (STATs). Figura 5-8 Las citocinas activan transductores de señales y activadores de la transcripción (STAT). STAT proteins are latent cytoplasmic transcription factors. STATs bind, through Src homology 2 (SH2) domains, to one or more phosphorylated tyrosines in activated receptor-JAK complexes. proteínas STAT son la transcripción citoplasmáticos factores latentes. obligar a STAT, a través de homología Src 2 (SH2) dominios, a una o varias tirosinas fosforiladas en los complejos activados JAK-receptor. Once bound, they themselves are tyrosyl phosphorylated, presumably by the receptor-associated JAKs. STATs then dissociate from the receptor-JAK complexes, homodimerize or heterodimerize with other STAT proteins, move to the nucleus, and bind to gamma-activated sequence–like elements (GLEs) in the promoters of cytokine-responsive genes. Una vez unidos, ellos mismos son tirosilo fosforilada, presumiblemente por los asociados JAK-receptor. STAT luego disociarse de la vía JAK complejos-receptor, o homodimerize heterodimerizan con proteínas STAT otros, se mueven hacia el núcleo, y se unen a elementos como el activado por la secuencia de rayos gamma (GLE) en los promotores de genes de respuesta a las citocinas.  (Adapted from figure by J. Herrington, with

permission.) (Adaptado de la figura de J. Herrington, con permiso.)

Precise Regulation of the Cytokine Receptors is Required for Normal Function La regulación precisa de los receptores de citoquinas es necesario para el funcionamiento normal

Ligand binding to cytokine receptors normally activates JAKs rapidly and transiently. Conversely, constitutively activated JAKs and STATs are associated with cellular transformation. La unión del ligando de receptores de citoquinas normalmente se activa rápidamente y de forma transitoria JAK. Por el contrario, activada constitutivamente JAK y STAT están asociados con la transformación celular. For example, a single acquired activating point mutation in JAK 2 is present in the majority of patients with a myeloproliferative disorder. [ ] Constitutively active JAKs and STATs are also a common characteristic of leukemias, [ ] and both JAK2 and STAT5b have been identified as fusion partners in translocations in leukemias. The Tel-JAK2 fusion protein is constitutively active, leading to constitutively active STAT proteins. Por ejemplo, la activación de un único punto de mutación adquirida en JAK 2 está presente en la mayoría de los pacientes con un trastorno mieloproliferativo. [ 95 ] activa constitutivamente JAK y STAT también son una característica común de las leucemias, [ 96 ] y JAK2 y ambos han sido STAT5b identificados como integrantes de la fusión de translocaciones en leucemias. JAK2 La proteína de fusión-Tel es constitutivamente activa, dando lugar a proteínas STAT constitutivamente activo. Thus, an understanding of what turns off cytokine receptor signaling is of utmost importance in understanding normal signaling via cytokine receptors. Por lo tanto, una comprensión de lo que se apaga la señalización de receptores de citoquinas es de suma importancia en la comprensión de la señalización normal a través de receptores de citoquinas.

As with the receptor tyrosine kinases, several steps have been hypothesized to serve as points of signal termination for cytokine signaling. Al igual que con la tirosina quinasa del receptor, varias medidas se ha considerado que sirven como puntos de señal de terminación de la señalización de citoquinas. These include receptor degradation (eg, through a ubiquination/proteosome pathway) and dephosphorylation of tyrosines within JAK or receptor (eg, by a tyrosine phosphatase that binds to receptor-JAK complexes). Estos incluyen la degradación del receptor (por ejemplo, a través de un ubiquination / vía proteosoma) y defosforilación de tirosinas en JAK o receptor (por ejemplo, una tirosina fosfatasa que se une a los complejos de JAK-receptor). The suppressors of cytokine-signaling (SOCSs) are thought to be particularly important players in the termination or suppression of cytokine signaling pathways. SOCS proteins are an excellent example of an effective negative feedback loop. Los supresores de citoquinas y de señalización (SOCSs) se cree que son importantes actores en particular en la rescisión o la supresión de las vías de señalización de citoquinas. Proteínas SOCS son un excelente ejemplo de una curva de retroalimentación negativa eficaz. They are generally synthesized in response to cytokines. Generalmente son sintetizadas en respuesta a las citocinas. The newly synthesized SOCS proteins in turn bind, through their SH2 domain, to phosphorylated tyrosines within the cytokine receptor–JAK complex and inhibit further cytokine signaling. Las nuevas proteínas sintetizadas SOCS a su vez se unen, a través de sus dominios SH2, a tirosinas fosforiladas en el complejo receptor-JAK citoquinas e inhibir aún más citoquinas señalización. In some cases (ie, SOCS1), SOCS proteins are thought to bind to phosphotyrosines in the kinase domain of JAK and inhibit kinase activity. [ ] In other cases (ie, SOCS3), SOCS proteins bind to phosphorylated tyrosines in the receptor and inhibit JAK activity. [ ] Finally, in some cases (ie, cytokine-inducible SH2 protein [CIS]), SOCS proteins bind to phosphorylated tyrosines in the receptor and block STAT binding and activation. [ ] SOCS proteins can also be synthesized in response to noncytokine receptors, suggesting a mechanism whereby prior exposure to one ligand suppresses subsequent responses to another. En algunos casos (es decir, SOCS1), proteínas SOCS se cree que se unen a phosphotyrosines en el dominio quinasa de JAK e inhiben la actividad de la cinasa. [ 97 ] En otros casos (es decir, SOCS3), SOCS proteínas se unen a las tirosinas fosforiladas en el receptor y inhiben la actividad de JAK. [ 98 ] Por último, en algunos casos (por ejemplo, citoquinas-inducible de la proteína SH2 [CIS]), se unen las proteínas SOCS a tirosinas fosforiladas en el receptor y STAT bloque de unión y activación. [ 99 ] proteínas SOCS también puede ser sintetizado en respuesta a noncytokine receptores, lo que sugiere un mecanismo por el cual la exposición previa a un ligando suprime las respuestas posteriores a otro. For example, SOCS proteins have been implicated in the well-known ability of endotoxin to cause resistance to GH. [ ] Por ejemplo, las proteínas SOCS han sido implicados en la conocida capacidad y de endotoxina para causar resistencia a la GH. [ 100 ]

Summary Resumen

Hormones, growth factors, and cytokines that bind to members of the cytokine family of receptors activate JAK family tyrosine kinases. Las hormonas, factores de crecimiento y citocinas que se unen a los miembros de la familia de las citocinas de los receptores de tirosina quinasas JAK activar familia. The activated kinases in turn phosphorylate tyrosines in themselves and associated receptors. The phosphorylated tyrosines form binding sites for other signaling proteins, including STAT proteins and a variety of other phosphotyrosine-binding proteins. Las quinasas activadas a su vez fosforilan tirosinas en sí mismos y receptores asociados. Tirosinas fosforiladas El formulario de sitios de unión para otras proteínas de señalización, incluyendo las proteínas STAT y una variedad de otras proteínas de unión-fosfotirosina. STAT proteins promote the regulation of cytokine-sensitive genes, including SOCS proteins that serve a negative feedback function of terminating ligand activation of JAKs or STATs, or both. proteínas STAT promover la regulación de los genes sensibles a citocinas, incluyendo las proteínas SOCS que sirven a una función de retroalimentación negativa de poner fin a la activación de JAK ligando o las estadísticas, o ambas cosas.

Although this gives the general picture, it should be recognized that the picture is becoming much more complex every day. Aunque esto le da al cuadro general, hay que reconocer que el panorama se está volviendo mucho más complejo cada día. For

example, there are reports that members of the Src family of tyrosine kinases can also be activated by some cytokine receptors (eg, PRL receptor), [ ] that some JAK-binding proteins (eg, SH2-B) are potent activators of JAK2, [ ] and that other proteins contribute to the down-regulation of cytokine-signaling pathways, including protein inhibitors of activated STAT (PIAS) proteins that bind to specific STATs and negatively regulate their activity. [ ] Cytokine receptors, JAKs, STATs, and/or SOCS proteins have also been shown to interact with or be components of signaling downstream of some receptor tyrosine kinases (eg, receptors for insulin, IGF-I, epidermal growth factor) as well as several G protein–coupled receptors (eg, the receptors for angiotensin II, serotonin, -thrombin, luteinizing hormone).α Por ejemplo, hay informes de que miembros de la familia Src de tirosina quinasas también se puede activar por algunos receptores de citoquinas (por ejemplo, el receptor de PRL), [ 101 ] que algunas proteínas de unión-JAK (por ejemplo, SH2-B) son activadores potentes de la JAK2, [ 102 ] y otras proteínas que contribuyen a la baja regulación de las vías de señalización por citocinas, incluyendo inhibidores de la proteína del STAT activado (PIAS) que se unen a proteínas específicas y STAT regulan negativamente su actividad. [ 103 ] receptores de citoquinas, JAK, STAT, y / o proteínas SOCS También se ha demostrado que interactuar con o ser componentes de la señalización aguas abajo de la tirosina quinasa del receptor de algunos (por ejemplo, los receptores para la insulina, IGF-I, factor de crecimiento epidérmico), así como varias G receptores acoplados a proteínas ( por ejemplo, los receptores de la angiotensina II, la serotonina, -trombina, la hormona luteinizante). α In contrast to their essential role in signaling by cytokine receptors, JAKs do not appear to be the primary signaling mediator with either the receptor tyrosine kinases or the G protein–coupled receptors. En contraste con su papel esencial en la señalización por receptores de citoquinas, JAK no parecen ser el principal mediador de señalización ya sea con la tirosina quinasa del receptor o del G-receptores acoplados a proteínas.

G Protein–Coupled Receptors G receptores acoplados a proteínas

Overview Información general

G protein–coupled receptors (GPCRs) are an evolutionarily conserved gene superfamily with members in all eukaryotes from yeast to mammals. G receptores acoplados a proteínas (GPCR) son una superfamilia de genes conservados evolutivamente con miembros en todos los eucariotas en levaduras y mamíferos. They transduce a wide variety of extracellular signals including photons of light; chemical odorants; divalent cations; monoamine, amino acid, and nucleoside neurotransmitters; lipids; and peptide and protein hormones. [ ] All members of the GPCR superfamily share a common structural feature, seven membrane-spanning helices, but various subfamilies diverge in primary amino acid sequence and in the domains that serve in ligand binding, G protein coupling, and interaction with other effector proteins ( ). Ellos transducir una amplia variedad de señales extracelulares como los fotones de la luz, olores químicos; cationes bivalentes, de las monoaminas, aminoácidos y nucleósidos neurotransmisores; lípidos y proteínas y hormonas peptídicas. [ 104 ] Todos los miembros de la superfamilia de GPCR un rasgo estructural común , siete hélices que atraviesan la membrana, pero subfamilias distintas, difieren en secuencia de aminoácidos primaria y en los dominios que sirven de unión del ligando, el acoplamiento a proteínas G, y la interacción con otras proteínas efectoras ( fig. 9.5 ).

Figure 5-9 The G protein–coupled receptor (GPCR) superfamily: diversity in ligand binding and structure. Figura 5-9 El acoplados a proteínas G del receptor (GPCR): la diversidad en la unión del ligando y la estructura. Each panel depicts various members of the GPCR superfamily in cartoon form. Cada grupo representa a varios miembros de la superfamilia de GPCR en forma de dibujos animados. The seven membrane-spanning helices αare shown as cylinders with the extracellular amino terminus and three extracellular loops above and the intracellular carboxyl terminus and three intracellular loops below. Los siete que atraviesan la membrana hélices

se muestran como los cilindros con el amino terminal extracelular y tres asas extracelulares arriba y el extremoα carboxilo intracelular y tres bucles intracelulares a continuación. The superfamily can be divided into three subfamilies on the basis of amino acid sequence conservation within the transmembrane helices. La superfamilia se puede dividir en tres subfamilias sobre la base de ácido amino conservación de la secuencia dentro de las hélices transmembrana. Family 1 includes (A) the opsins, in which light ( jagged arrow ) causes isomerization of retinal covalently bound within the pocket created by the transmembrane helices ( bar ); (B) monoamine receptors, in which agonists ( arrow ) bind noncovalently within the pocket created by the transmembrane helices ( bar ); (C) receptors for peptides such as vasopressin, in which agonist binding ( arrow ) may involve parts of the extracellular amino terminus and loops as well as the transmembrane helices ( bar ); and (D) glycoprotein hormone receptors, in which agonists ( oval ) bind to the large extracellular amino terminus, thereby activating the receptor through as yet undefined interactions with the extracellular loops or transmembrane helices ( arrow ). Familia 1 incluye (A) el opsinas, en el que la luz (flecha dentada) hace que la isomerización de la retina covalente en el bolsillo creado por las hélices transmembrana (bar); (B) receptores de las monoaminas, en el que los agonistas (flecha) se unen no covalente en el bolsillo creado por las hélices transmembrana (bar); (C) los receptores de péptidos, como la vasopresina, en el cual vinculante agonista (flecha) puede implicar partes del amino terminal extracelular y bucles, así como las hélices transmembrana (bar), y (D ) hormona glicoproteína receptores, en la que los agonistas (oval) se unen a la gran extremo amino terminal

extracelular, activando el receptor a través de interacciones como indefinido pero con los bucles extracelulares o hélices transmembrana (flecha). Family 2 includes receptors for peptide hormones such as parathyroid hormone (PTH) and secretin. Agonists ( arrow ) may bind to residues in the extracellular amino terminus and loops as well as transmembrane helices ( bar ). Familia 2 incluye los receptores de hormonas peptídicas como la hormona paratiroidea (PTH) y la secretina. Agonistas (flecha) se puede enlazar a los residuos en el amino terminal extracelular y bucles, así como las hélices transmembrana (bar). Family 3 includes the extracellular Ca 2+ sensing receptor and metabotropic glutamate receptors. Familia 3 se incluye la de Ca 2 + extracelular receptor sensible y metabotrópicos receptores de glutamato. Agonists ( sphere ) bind in a cleft of the Venus flytrap–like domain in the large extracellular amino terminus, thereby activating the receptor through as yet undefined interactions with the extracellular loops or transmembrane helices ( arrow ). Los agonistas (esfera) se unen en una hendidura de la atrapamoscas-como Venus en el dominio amino terminal extracelular grandes, activando el receptor a través de interacciones como indefinido pero con los bucles extracelulares o hélices transmembrana (flecha).

All GPCRs act as guanine nucleotide exchange factors. Todo acto de intercambio de guanina GPCRs factores de nucleótidos. In their activated (agonist-bound) conformation, they catalyze exchange of GDP tightly bound to the subunit of heterotrimeric αG proteins for GTP ( ). En su activa (agonista enlazado a) la conformación, que catalizan el intercambio de PIB fuertemente unido a la subunidad de las proteínas G heterotriméricas por GTP ( α fig. 5-10 ). This in turn leads to activation of the αsubunit and its dissociation from the G protein dimer. Both G protein subunits are capable of regulating effector activity. βγ [ ] Identified G protein–regulated effectors include enzymes of second messenger metabolism such as adenylyl cyclase and phospholipase C- and a variety of ion channels.β Esto a su vez conduce a la activación de la subunidad y su disociación de la αproteína G dímero. Ambas subunidades de proteínas G son capaces de regular la actividad efectora. βγ [ 105 ] identificado proteínas reguladas efectores-G son: las enzimas del metabolismo del segundo mensajero, como la adenilato ciclasa y la fosfolipasa C- y una variedad de canales iónicos. β Agonist binding to GPCRs thus alters intracellular second messenger and ion concentrations with resultant rapid effects on hormone secretion, muscle contraction, and a variety of other physiologic functions. Agonista vinculante para GPCRs tanto altera segundo mensajero intracelular y las concentraciones de iones, con los consiguientes efectos rápidos en la secreción de hormonas, la contracción muscular, y una variedad de otras funciones fisiológicas. Long-term changes in gene expression are also seen as a result of second messenger-stimulated phosphorylation of transcription factors. Los cambios a largo plazo en la expresión génica son también vistos como un resultado de mensajeros-estimuló la fosforilación de factores de transcripción segundos.

Figure 5-10 The G protein guanosine triphosphatase (GTPase) and G protein–coupled receptor (GPCR) desensitization-resensitization cycle. Figura 5-10 La proteína G guanosina trifosfatasa (GTPasa) y acoplados a proteínas G del receptor (GPCR)-resensibilización ciclo de desensibilización. In each panel, the stippled region denotes the plasma membrane with extracellular above and intracellular below. En cada panel, la región punteada denota la membrana plasmática con extracelulares e intracelulares arriba abajo. In the basal state, the G protein is a heterotrimer with guanosine diphosphate (GDP) tightly bound to the subunit.α En el estado basal, la proteína G es un heterodímero con difosfato de guanosina (PIB) fuertemente unido a la subunidad . α The agonist-activated GPCR catalyzes release of GDP, which permits guanosine triphosphate (GTP) to bind. La GPCR activados por agonista cataliza la liberación del PIB, lo que permite la guanosina trifosfato (GTP) de obligar. Las subunidades de proteínas G son codificadas por tres genes distintos. The subunit binds guanine nucleotides with high affinity and specificity αand has intrinsic guanosine triphosphatase (GTPase) activity. La subunidad se une nucleótidos de guanina con αgran afinidad y especificidad y ha guanosina trifosfatasa intrínseca (GTPasa) actividad. The and polypeptides are β γtightly but noncovalently associated in a functional dimer subunit. El y polipéptidos están estrechamente β γasociados, pero no covalente en una subunidad dímero funcional. The three-dimensional structures of the individual and associated subunits have been determined. [ ] [ ] There is considerable diversity in G protein subunits, with multiple genes encoding all three subunits and alternative gene splicing resulting in additional polypeptide products. Las dimensiones de las estructuras de tres subunidades y asociados individuales han sido determinadas. [

105 ] [ 106 ] Existe una considerable diversidad en subunidades de la proteína G, con múltiples genes codifican las tres subunidades y empalme de genes se traduce en productos alternativos polipéptido adicional. There are at least 16 distinct subunit genes in mammals. These vary widely in range of expression.α Hay por lo menos 16 distintas subunidad genes en los mamíferos. Estos varían en el rango de expresión. α Some, such as Gs- , which couples manyα GPCRs to stimulation of adenylyl cyclase, are ubiquitous; others, such as Gtl- , which couples the GPCR rhodopsin to αcyclic guanosine monophosphate phos-phodiesterase in retinal rod photoreceptor cells, are highly localized. Algunos, como el G- , que muchas parejas GPCRs a la estimulación de la adenilato ciclasa, son muy abundantes, αmientras que otros, como el GTL- , que a las parejas la rodopsina GPCR de guanosina cíclica monofosfato-phos αphodiesterase en la retina fotorreceptores bastones, están muy localizados .

Because multiple distinct GPCRs, G proteins, and effectors are expressed within any given cell, the degree and basis for specificity in G protein coupling to GPCRs and to effectors are major subjects of investigation with implications for drug action and disease mechanisms. [ ] Since the pioneering work of Rodbell [ ] in discovering G proteins and

showing that G protein–mediated signal transduction involves three separable components (receptor, G protein, and effector), additional complexity has emerged. Debido a múltiples distintos GPCRs, proteínas G y efectores se expresan en cualquier célula dada, el grado y la base de la especificidad en el acoplamiento de la proteína G para GPCRs y efectores son los principales temas de investigación con implicaciones para la acción de los fármacos y los mecanismos de la enfermedad. [ 106 ] Puesto el trabajo pionero de Rodbell [ 107 ] en el descubrimiento de las proteínas G y que muestran que la transducción de señales mediadas por G-proteína consta de tres componentes separables (receptores, proteínas G y efectores), ha surgido una complejidad adicional.

A large new gene family termed RGS (for regulators of G protein signaling) has been identified. Una nueva gran familia de genes llamada RGS (para los reguladores de la proteína G de señalización) ha sido identificado. RGS proteins bind to a transition state of the GTP-activated G protein subunit and accelerate its GTPase activity, thus αhelping deactivate the subunit.α RGS proteínas se unen a un estado de transición de la proteína G -subunidad αactiva GTP y acelerar su actividad GTPasa, contribuyendo así a la subunidad desactivar. α RGS domains have also been found in modular proteins with additional functions, in certain cases linking heterotrimeric G protein signaling with the function of low-molecular-weight GTP-binding proteins in the ras superfamily. [ ] Lefkowitz [ ] has shown that a family of GPCR kinases and of arrestin proteins is involved in GPCR desensitization after agonist binding. RGS dominios también se han encontrado en las proteínas modulares con funciones adicionales, en ciertos casos la vinculación proteína G heterotrimérica de señalización con la función de bajo peso molecular-proteínas de unión al GTP en la superfamilia Ras. [ 106 ] Lefkowitz [ 108 ] ha demostrado que una familia de quinasas de proteínas GPCR y arrestina está implicada en la desensibilización GPCR tras la unión agonista. In addition, it is now clear that GPCRs interact directly with a number of other proteins in addition to G proteins. Not only are GPCRs important targets for treatment of many diseases, but also mutations in genes encoding GPCRs have been identified as the cause of a number of endocrine as well as nonendocrine disorders. Además, ahora está claro que GPCRs interactuar directamente con un número de otras proteínas, además de las proteínas G. No sólo son importantes los objetivos GPCR para el tratamiento de muchas enfermedades, sino también mutaciones en genes que codifican GPCRs se han identificado como la causa de una número de las enfermedades endocrinas, así como trastornos endocrinos.

G Protein–Coupled Receptor Structure and Function Acoplados a proteínas G. Estructura y función del receptor

Structure Estructura

Hydropathy analysis of the primary sequence of all GPCRs predicts seven membrane-spanning helices connected αby three intracellular loops and three extracellular loops with an extracellular amino terminus and an intracellular carboxyl terminus (see ). Hidropathia análisis de la secuencia principal de todos los GPCRs predice siete que atraviesan la membrana hélices conectadas por tres bucles intracelulares y tres asas extracelulares con un amino αterminal extracelular y un terminal carboxilo intracelular (ver fig. 5-9 ). This basic structure has now been verified by x-ray crystallography for rhodopsin. [ ] Although there was already evidence that visual transduction in the retina and hormone activation of adenylyl cyclase shared common features, the discovery that the -adrenergic receptor βhas the same topographic structure as rhodopsin came as a surprise. [ ] Cloning of the complementary deoxyribonucleic acids (cDNAs) for a vast number of GPCRs followed elucidation of the primary sequence of the -βadrenergic receptor, and in every case the same core structure was predicted by hydropathy analysis. Esta estructura básica ha sido verificado por cristalografía de rayos X de la rodopsina. [ 109 ] Aunque ya existía evidencia de que la transducción visual en la retina y la activación de la hormona de la adenilato ciclasa para compartir características comunes, el descubrimiento de que los receptores -adrenérgico tiene el mismo estructura βtopográfica como la rodopsina fue una sorpresa. [ 108 ] La clonación de la desoxirribonucleico ácidos complementario (ADNc) para un gran número de GPCRs seguido dilucidación de la secuencia primaria del receptor -adrenérgico, y βen todos los casos la estructura del núcleo mismo se predijo mediante el análisis hidroterapia.

In addition to the predicted core structure, certain other common features (with exceptions in some subsets of the GPCR superfamily) were noted [ ] : (1) a disulfide bridge connecting the first and second extracellular loops; (2) one or more N-linked glycosylation sites, usually in the amino terminus but occasionally in extracellular loops; (3) palmitoylation of one or more cysteines in the carboxyl terminus, effectively creating a fourth intracellular loop; (4) potential phosphorylation sites in the carboxyl terminus and occasionally the third intracellular loop. Además de la estructura del núcleo se predijo, ciertos rasgos comunes de otro tipo (salvo en ciertos subgrupos de la superfamilia de GPCR) se observaron [ 104 ]: (1) un puente disulfuro que conecta el segundo y el primer bucle extracelular, (2) uno o más N -sitios de glicosilación ligados, generalmente en el extremo amino terminal, pero de vez en cuando en los bucles extracelulares; (3) palmitoilación de uno o más cisteínas en el extremo carboxilo, creando un bucle intracelular cuarto, (4) sitios potenciales de fosforilación en el extremo carboxilo y en ocasiones la bucle intracelular tercero. Glycosylation appears to be important for proper folding and trafficking to the plasma membrane rather than for ligand binding. Glicosilación parece ser importante para el correcto plegamiento y el tráfico a la membrana plasmática y no por la unión del ligando. The disulfide bridge may help in proper arrangement of the transmembrane helices. El puente disulfuro puede ayudar en el arreglo adecuado de las hélices transmembrana.

Superimposed on the basic structure of GPCRs are a number of variations relevant to differences in ligand binding, G protein coupling, and interaction with other proteins. [ ] First, there are major differences in amino acid sequence among members of the GPCR superfamily. Sequence alignment, especially of the transmembrane helices, allows one

to divide the superfamily into subfamilies (see ). Superpuesto a la estructura básica de GPCRs son una serie de variaciones relevantes a las diferencias en el ligando, G acoplamiento unión a proteínas y la interacción con otras proteínas. [ 104 ] En primer lugar, existen grandes diferencias en la secuencia de aminoácidos entre los miembros de la superfamilia de GPCR. Secuencia la alineación, sobre todo de las hélices transmembrana, permite dividir la superfamilia en subfamilias (ver fig. 5-9 ). Of these, family 1 is the largest and itself can be subdivided. De ellos, la familia 1 es el más grande y se puede subdividir. The largest subset includes opsins; odorant receptors; and monoamine, purinergic, and opiate receptors. El subgrupo más grande incluye opsinas; receptores odoríferos y de las monoaminas, purinérgicos, y los receptores de opiáceos. These are characterized by a short amino terminus. Estos se caracterizan por un extremo amino terminal corto. The next subset includes chemokine, protease-activated, and certain peptide hormone receptors characterized by a slightly longer amino terminus. El subconjunto incluye próxima quimioquinas, activado, y ciertas hormonas peptídicas receptores de la proteasa se caracteriza por un amino terminal ya un poco. The last subset comprises receptors for the large glycoprotein hormones, TSH, luteinizing hormone, and follicle-stimulating hormone. El subconjunto última cuenta con receptores para las hormonas glicoproteína grande, TSH, la hormona luteinizante y hormona estimulante del folículo. These have an approximately 400-residue extracellular amino terminus. Estos tienen un residuo de aproximadamente 400-amino terminal extracelular.

Family 2 shows essentially no sequence homology to family 1 even within the transmembrane helices and is characterized by an approximately 100-residue amino terminus. Members include receptors for a number of peptide hormones such as parathyroid hormone (PTH), calcitonin, vasoactive intestinal peptide, and corticotropin-releasing hormone. Familia 2 muestra esencialmente ninguna homología de secuencia con la familia 1, incluso dentro de las hélices transmembrana y se caracteriza por una aproximadamente de 100 residuos. Amino terminal de los miembros incluyen los receptores de una serie de hormonas peptídicas como la hormona paratiroidea (PTH), calcitonina, el péptido intestinal vasoactivo, y hormona liberadora de corticotropina.

Family 3, in addition to a unique primary sequence, has other unique features such as an approximately 200-residue carboxyl terminus and an approximately 600-residue amino terminus. Familia 3, además de una secuencia primaria única, tiene otras características únicas tales como un residuo carboxilo-terminal de 200 aproximadamente y una de aproximadamente 600 residuos amino terminal. The latter consists of a putative “Venus flytrap–like” domain and a cysteine-rich domain. Esta última consiste en una supuesta "Venus atrapamoscas-como" dominio y un dominio rico en cisteína. Members include the metabotropic glutamate receptors, an extracellular Ca 2+ -sensing receptor, and putative taste and pheromone receptors. [ ] The determination of the three-dimensional crystal structure of part of the extracellular amino terminus of one of the metabotropic glutamate receptors verifies the Venus flytrap structure. [ ] Los miembros incluyen a los receptores metabotrópicos de glutamato, una extracelular Ca 2 +-receptor sensible, y el gusto putativo y receptores de feromonas. [ 110 ] La determinación de la estructura cristalina tridimensional y tres de una parte del amino terminal extracelular de uno de los receptores metabotrópicos de glutamato verifica la estructura atrapamoscas Venus. [ 110 ]

Ligand Binding La unión del ligando

Given the diversity of ligands (>1000) that bind to GPCRs, it is not surprising that considerable diversity is evident in both the sequence and structure of presumptive GPCR ligand-binding domains. Dada la diversidad de ligandos (> 1000) que se unen a GPCRs, no es sorprendente que una considerable diversidad es evidente tanto en la secuencia y estructura del ligando GPCR vinculante dominios-presuntivo. The opsins are unique among GPCRs in that the ligand, retinal, is covalently bound to a lysine in the seventh transmembrane helix. [ ] Ligand binding for other members of family 1 with a short extracellular amino terminus, for example, adrenergic and other monoamine receptors, probably involves a pocket within the transmembrane helices as demonstrated for rhodopsin (see ). El opsinas son únicos entre los GPCRs en que el ligando, la retina, forma enlaces covalentes con una lisina en la hélice transmembrana séptimo. [ 109 ] La unión del ligando a otros miembros de la familia de uno con una breve extremo amino terminal extracelular, por ejemplo, y otros monoamino adrenérgicos receptores, probablemente implica un bolsillo dentro de la transmembrana de hélices como demuestran, por la rodopsina (ver fig. 9.5 ). For other family 1 GPCRs, the extracellular amino terminus, perhaps together with extracellular loops and portions of the transmembrane helices, is involved in ligand binding. In the case of the glycoprotein hormone receptors, the large extracellular amino terminus plays the principal role in hormone binding. Para la familia de otros GPCRs 1, el extremo amino terminal extracelular, tal vez junto con asas extracelulares y las porciones de las hélices transmembrana, participa en la unión del ligando. En el caso de los receptores de la hormona glicoproteína, el gran extremo amino terminal extracelular desempeña el papel principal en la unión de la hormona . In a model for peptide binding to family 2 receptors, the extracellular amino terminus is responsible for initial binding to the peptide carboxy-terminus followed by peptide amino-terminus binding to the seven-transmembrane domain. [ ] For family 3 GPCRs, the three-dimensional structure of the type 1 metabotropic glutamate receptor shows that agonist binding occurs within a cleft between the lobes of the Venus flytrap. [ ] En un modelo de unión a la familia de péptidos 2 receptores, el extremo amino terminal extracelular es responsable de la consolidación inicial al péptido carboxi-terminal del péptido seguido vinculante-terminal amino al dominio transmembrana siete. [ 111 ] Para la familia de GPCRs 3, los tres estructura tridimensional del receptor tipo 1 metabotrópicos de glutamato muestra que la unión se produce dentro de un agonista de la hendidura entre los lóbulos de la atrapamoscas Venus. [ 110 ]

G Protein Coupling Acoplamiento proteína G

Because the number of potential G proteins to which GPCRs couple is much more limited than the number of ligands that bind GPCRs, more conservation of the domains involved in G protein coupling would be expected. Debido a que el número potencial de las proteínas G a la que par GPCRs es mucho más limitado que el número de ligandos que se unen GPCR, la conservación de varios de los dominios implicados en el acoplamiento a proteínas G que cabría esperar. Although GPCRs can be broadly divided into those that couple to Gs, those that couple to the Gq subfamily, and those that couple to the Gi-Go subfamily, the situation is probably more complicated. [ ] Specificity of coupling to the most recently identified G proteins, Gl2 and G13, is still uncertain. Also, some GPCRs evidently can couple to both Gs and Gq. Aunque GPCRs pueden dividirse en los que par a Gs, los que par a la subfamilia GQ, y los que a la par-Go subfamilia Gi, la situación es probablemente más complicado. [ 106 ] La especificidad de acoplamiento a la mayoría de los recientemente identificados proteínas G, GL2 y G13, es todavía incierto. Además, algunos GPCRs, evidentemente, puede acoplar tanto a Gs y Gq.

A vast number of studies have been performed to define the sites of ligand binding and G protein coupling of GPCRs. [

] [ ] Considerable evidence points to the third intracellular loop (particularly its membrane-proximal portions) and to the membrane-proximal portion of the carboxyl terminus as key determinants of G protein coupling specificity. Un gran número de estudios han sido realizados para definir los sitios de unión del ligando y la proteína G de acoplamiento de GPCR. [ 106 ] [ 112 ] la evidencia apunta a la considerable tercer bucle intracelular (en particular, su-porciones proximal de membrana) y la membrana proximal- La parte de la terminal carboxilo como determinantes clave de la proteína G especificidad de acoplamiento. For example, exchanging only the third intracellular loop between different GPCRs confers the G protein coupling specificity of the exchanged loop upon the recipient GPCR. [ ]

In contrast, the second intracellular loop, although important for G protein coupling, appears to play a role in the activation mechanism rather than in determining specificity of coupling. [ ] A tripeptide motif (D/E, R, Y/W) at the start of the second intracellular loop that is highly conserved in family 1 GPCRs is critical for G protein activation. [ ] Por ejemplo, el intercambio sólo el tercer bucle intracelular entre GPCRs diferentes confiere la proteína G de acoplamiento especificidad del bucle en el intercambio de GPCR destinatario. [ 113 ] En contraste, el bucle intracelular segundo, aunque importante para el acoplamiento de la proteína G, parece jugar un papel en el mecanismo de activación en lugar de en la determinación de la especificidad de acoplamiento. [ 113 ] Un motivo tripéptido (D / E, R, S / W) al inicio del segundo bucle intracelular que es altamente conservado en la familia de un GPCR es fundamental para la proteína G activación. [ 112 ]

Mechanism of Activation Mecanismo de activación

The precise mechanism of activation after agonist binding remains to be defined for most GPCRs, but studies of rhodopsin provide the clearest picture available. El mecanismo preciso de la activación después de la unión agonista queda por definir para la mayoría de GPCRs, pero los estudios de la rodopsina ofrecer la imagen más clara disponible. In the ground state, retinal covalently bound to the seventh transmembrane helix in rhodopsin holds the transmembrane helices in an inactive conformation. En el estado fundamental, la retina covalentemente a la hélice transmembrana séptimo de la rodopsina tiene las hélices transmembrana en una conformación inactiva. Isomerization of retinal upon absorption of light of the appropriate wavelength converts an antagonist ligand into an agonist. Isomerización de la retina de la absorción de la luz de la longitud de onda adecuada se convierte en un antagonista del ligando un agonista. The rhodopsin crystal structure identifies the residues in the transmembrane helices that interact with retinal and suggests a mechanism for movement of the helices upon photoactivation of retinal. [ ] Movement of the transmembrane helices in turn leads to changes in conformation of cytoplasmic loops that promote G protein activation. La estructura cristalina rodopsina identifica los residuos en las hélices transmembrana que interactúan con la retina y sugiere un mecanismo para el movimiento de las hélices en fotoactivación de la retina. [ 109 ] El movimiento de las hélices transmembrana a su vez conduce a cambios en la conformación de los bucles citoplasmáticos que promueven G activación de la proteína.

For family 1 receptors related to rhodopsin, the determination of its three-dimensional structure validates the idea that a change in conformation of transmembrane helices is the direct result of agonist versus antagonist binding to residues within the helices. Para la familia de receptores relacionados con una rodopsina, la determinación de su estructura de tres dimensiones valida la idea de que un cambio en la conformación de hélices transmembrana es el resultado directo de agonista versus antagonista de la unión a los residuos dentro de las hélices. Further refinements in understanding the mechanism of activation for opsin-related GPCRs should come as additional three-dimensional structures are determined. Otras mejoras en la comprensión del mecanismo de activación de GPCRs relacionados-opsina debería ser una dimensión adicional se determinan tres estructuras. Until then, molecular modeling by computer on the basis of the rhodopsin structure and then experimental testing offer a useful approach. [ ] For other GPCRs whose presumptive site of agonist binding does not involve direct contact with transmembrane helices (families 2 and 3 and the glycoprotein hormone receptors in family 1), much remains to be learned about how agonist binding to the extracellular domain of such GPCRs leads to presumptive changes in conformation of transmembrane helices and receptor activation. Determination of the structure of the extracellular domain of the FSH receptor bound to FSH provides important insights into the general mechanism of glycoprotein hormone binding to their cognate GPCRs, and resultant interactions with the seven-transmembrane domain leading to activation. [ ] A general hypothesis of GPCR activation postulates that GPCRs are in equilibrium between an activated

state and an inactive state. Hasta entonces, modelado molecular por ordenador sobre la base de la estructura de la rodopsina y, a continuación ofrecemos una prueba experimental de un enfoque útil. [ 114 ] Para otros GPCRs cuyo presunto sitio de unión agonista no implica contacto directo con las hélices transmembrana (familias 2 y 3 y el receptores de hormonas en la familia de la glicoproteína 1), queda mucho por aprender sobre cómo vinculante agonista al dominio extracelular de estos GPCRs conduce a cambios en la presunta conformación de hélices transmembrana y la activación del receptor. Determinación de la estructura del dominio extracelular del receptor de FSH de la envolvente a la FSH proporciona pistas importantes sobre el mecanismo general de la hormona de la glicoproteína vinculantes para sus GPCRs afines, y las interacciones resultante con el dominio transmembrana siete conduce a la activación. [ 115 ] una hipótesis general de la activación de GPCR postula que GPCR están en equilibrio entre un estado activado y un estado inactivo. These states presumably differ in the disposition of the transmembrane helices and, in turn, the cytoplasmic domains that determine G protein coupling. Estos estados, presumiblemente difieren en la disposición de las hélices transmembrana y, a su vez, los dominios citoplasmáticos que determinan la proteína G de acoplamiento. Agonists, according to this ternary complex model, are viewed as stabilizing the activated state. Antagonists may be neutral; that is, they simply compete with agonists for receptor binding but their binding does not influence this equilibrium. Alternatively, they may be “inverse” agonists; that is, their binding stabilizes the inactive state of the receptor. [ ] Refinements of the ternary complex model based on kinetic and biophysical studies suggest added complexity. [ ] Agonistas, de acuerdo con este modelo complejo ternario, son vistos como la estabilización del estado activado. Antagonistas puede ser neutral, es decir, simplemente competir con agonistas de la unión al receptor, pero su unión no influye en este equilibrio. Alternativamente, pueden ser "inversa" agonistas, es decir, su unión estabiliza el estado inactivo del receptor. [ 116 ] Las mejoras del modelo de complejo ternario sobre la base de estudios cinéticos y biofísicos sugieren mayor complejidad. [ 117 ]

Dimerization Dimerización

Members of the tyrosine kinase receptor family have long been known to require dimerization as part of their activation mechanism. Los miembros de la familia del receptor de la tirosina quinasa desde hace tiempo se sabe que requieren dimerización como parte de su mecanismo de activación. It is now apparent that many GPCRs likewise form homodimers and heterodimers. [ ] Residues within transmembrane helix 6 may foster dimerization of small family 1 GPCRs, [ ] and intermolecular disulfide bonds in the extracellular amino-terminal domain are involved in homodimerization of most family 3 GPCRs. [ ] [ ] [ ] A coiled-coil interaction in the carboxyl terminus of -γaminobutyric acid B receptor subtypes is responsible for heterodimerization, and this is critical for proper receptor function. [ ] Modifications of ligand binding, signaling, and receptor sequestration have been demonstrated upon heterodimerization of angiotensin with bradykinin receptors, of with opioid receptors, and of opioid with -κ δ βadrenergic receptors. [ ] Further studies are needed to elucidate the physiologic relevance of GPCR homodimerization and heterodimerization. Ahora es evidente que muchas GPCRs también forma homodímeros y heterodímeros. [ 104 ] Residuos dentro de hélice transmembrana 06 de mayo fomentar la dimerización de la familia de una pequeña GPCRs, [ 118 ] y puentes disulfuro intermoleculares en el amino-terminal del dominio extracelular están involucrados en homodimerization de la mayoría familiar de 3 GPCRs. [ 110 ] [ 119 ] [ 120 ] Una bobina de la interacción en espiral en el extremo carboxilo del ácido aminobutírico B-subtipos de receptores es responsable de γheterodimerización, y esto es crítico para la función del receptor apropiado. [ 121 ] Modificaciones del ligando vinculante, de señalización, y el secuestro de los receptores se han demostrado en heterodimerización de la angiotensina con los receptores de la bradiquinina, de con receptores opioides, y de opioides con receptores κ δadrenérgicos . β [ 122 ] Se necesitan más estudios para dilucidar la relevancia fisiológica de homodimerization GPCR y heterodimerización.

G Protein–Coupled Receptor Desensitization Acoplados a proteínas G. desensibilización de los receptores

Pharmacologists long ago appreciated that continued exposure to agonist leads to a diminished response, so-called desensitization. Los farmacólogos Hace mucho tiempo que la exposición continua a agonista conduce a una disminución de la respuesta, llamado desensibilización así. This phenomenon has been extensively studied in GPCRs. Este fenómeno ha sido estudiado ampliamente en GPCR. Two forms are defined: heterologous, in which binding of agonist to one GPCR leads to a diminished response of a different GPCR to its agonist, and homologous, in which desensitization occurs only for the GPCR to which agonist is bound. Dos formas se definen: heteróloga, en la cual unión del agonista a un GPCR conduce a una disminución de la respuesta de un GPCR diferente a su agonista, y homólogos, en la que la desensibilización se produce sólo por la Revolución Cultural a la que está obligado agonista. Both forms of desensitization involve GPCR phosphorylation but by different kinases and at different sites. Ambas formas de desensibilización involucran la fosforilación por kinasas GPCR, pero diferentes y en diferentes sitios. Stimulation of cyclic adenosine monophosphate formation by agonist binding to a Gs-coupled GPCR leads to activation of protein kinase A, which in turn can phosphorylate and desensitize the GPCR. La estimulación de la formación de monofosfato de adenosina cíclico por la unión a un agonista de acoplamiento de GPCR Gs lleva a la activación de la proteína quinasa A, que a su vez puede fosforilar y desensibilizar el GPCR. Such phosphorylation may also alter G protein–coupling specificity. [ ] Similarly, protein kinase C activation resulting from GPCR coupling to Gq family members may cause protein kinase C–catalyzed phosphorylation of GPCRs with desensitization. Dicha fosforilación también puede alterar G-acoplamiento especificidad de la proteína. [ 104 ] Del mismo modo, la activación de la proteína quinasa C derivado de acoplamiento GPCR a miembros de la familia Gq puede causar la proteína C quinasa cataliza la fosforilación de GPCR con la desensibilización.

In retinal photoreceptors, a specific rhodopsin kinase and a protein termed arrestin were implicated in attenuation of the light response. En los fotorreceptores de la retina, una quinasa específica rodopsina y una proteína llamada arrestina estaban implicados en la atenuación de la respuesta de la luz. Just as parallels were identified between rhodopsin and GPCR structure, so were parallels identified in this desensitization mechanism. Así como se identificaron paralelos entre la rodopsina y la estructura de GPCR, por lo que fueron identificados en paralelo a este mecanismo de desensibilización. Rhodopsin kinase is but one member of a family of GPCR kinases and arrestin only one of a family of related proteins that function in desensitization of many members of the GPCR superfamily. [ ] GPCR kinases preferentially phosphorylate the agonist-bound form of a GPCR, thus ensuring homologous desensitization. Rodopsina cinasa no es más que un miembro de una familia de quinasas y GPCR arrestina sólo uno de una familia de proteínas relacionadas que funcionan en la pérdida de sensibilidad de muchos miembros de la superfamilia de GPCR. [ 108 ] GPCR quinasas fosforilan preferentemente la forma de la envolvente-agonista de un GPCR, garantizando así la desensibilización homóloga. Upon GPCR phosphorylation by GPCR kinase, arrestins bind to the third intracellular loop and carboxyl-terminal tail of the GPCR, thereby blocking G protein binding (see ). Tras la fosforilación GPCR por GPCR quinasa, arrestinas enlazar con el tercer bucle intracelular y la cola carboxilo-terminal de la Revolución Cultural, bloqueando la proteína G vinculantes (ver fig. 5-10 ). GPCR kinases and arrestins not only act to desensitize GPCRs but also mediate other functions including receptor internalization and interaction with other effectors (see next section). quinasas GPCR y arrestinas no sólo actúan para desensibilizar GPCRs pero también mediar otras funciones, incluyendo la internalización del receptor y la interacción con otros efectores (ver apartado siguiente).

G Protein–Coupled Receptor Interactions with Other Proteins Acoplados a proteínas G. Las interacciones con otras proteínas del receptor

The initial paradigm of GPCR function postulated that G protein activation is the sole outcome of agonist binding to GPCRs. El paradigma inicial de la función GPCR postulado que la activación de la proteína G es el único resultado de la unión a GPCRs agonista. With the identification of GPCR interactions with GPCR kinases and arrestins, this concept was modified to include these proteins involved in GPCR desensitization. Later evidence, however, suggests that GPCR interaction with arrestins may also permit recruitment of other proteins to the GPCR. Con la identificación de las interacciones de GPCR con quinasas GPCR y arrestinas, este concepto fue modificado para incluir estas proteínas implicadas en la desensibilización GPCR. Más tarde las pruebas, sin embargo, sugiere que la interacción de GPCR con arrestinas también permiten el reclutamiento de otras proteínas a los GPCR. For example, the src tyrosine kinase may interact with the -adrenergic receptor, with -arrestin serving as an adaptor. β β [ ] Arrestins may also recruit proteins involved in endocytosis. Por ejemplo, la tirosina cinasa Src puede interactuar con los receptores -βadrenérgicos, con -arrestina que actúa como un adaptador. β [ 123 ] Arrestinas puede también contratar a las proteínas implicadas en la endocitosis. GPCR kinases may also serve to recruit additional signaling proteins to the GPCR. [ ] quinasas GPCR también puede servir para contratar a más proteínas de señalización de la Revolución Cultural. [ 123 ]

Other classes of proteins may interact with specific GPCRs without recruitment by GPCR kinases and arrestins. Otras clases de proteínas pueden interactuar con GPCRs específico sin contratación por kinasas GPCR y arrestinas. These include SH2 domain-containing proteins, small GTP-binding proteins, and PDZ (for p ostsynaptic density protein-95/ d iscs large/ z ona occluden-1) domain-containing proteins. Estos incluyen SH2 de dominio que contienen proteínas, las pequeñas proteínas de unión al GTP, y PDZ (para p ostsynaptic densidad de las proteínas-95 / d grandes ISCS / z ona occluden-1) de dominio que contienen proteínas. Examples of the latter include binding of the Na + /H + exchanger regulatory factor to the carboxyl terminus of the -adrenergic receptor. β [ ] The long carboxyl terminus of family 3 GPCRs such as metabotropic glutamate receptors contains polyproline motifs involved in binding members of the Homer family. The latter can facilitate functional interactions with yet other proteins such as the inositol triphosphate receptor. [ ] Receptor activity-modifying proteins (RAMPs), a new family of single-transmembrane-domain proteins, appear to heterodimerize with certain GPCRs, assisting them in proper folding and membrane trafficking. [ ] Interestingly, when the calcitonin receptor-like GPCR associates with RAMP1, it forms a calcitonin gene-related peptide receptor, whereas when it associates with RAMP2, it becomes an adrenomedullin receptor. Ejemplos de estos últimos son vinculantes del intercambiador Na + / H factor regulador + a la terminal carboxilo de la -adrenérgicos. β [ 123 ] El carboxilo terminal larga de la familia 3 GPCRs como los receptores metabotrópicos de glutamato contiene motivos poliprolina involucrados en vinculan a los miembros de la familia de Homero. Este último puede facilitar las interacciones funcionales con otras proteínas sin embargo, como el receptor inositol trifosfato. [ 124 ] la actividad de modificación de las proteínas de los receptores (rampas), una nueva familia de proteínas transmembrana de dominio único-, parecen heterodimerizan con ciertas GPCRs, ayudándoles en el plegamiento adecuado y tráfico de membranas. [ 125 ] Es interesante, cuando la Revolución Cultural-asociados como el receptor de calcitonina con RAMP1, forma un receptor del péptido relacionado con gen de la calcitonina, mientras que cuando se asocia con RAMP2, se convierte en un receptor de adrenomedulina. Clearly, this rapidly evolving aspect of GPCR function holds many further interesting developments in store. Claramente, esta rápida evolución aspecto de la función GPCR tiene muchos e interesantes los nuevos acontecimientos en la tienda.

G Protein–Coupled Receptors in Disease Pathogenesis and Treatment G receptores acoplados a proteínas en la patogénesis y tratamiento de enfermedades

Because of their diverse and critical roles in normal physiology, their accessibility on the cell surface, and the ability

to synthesize selective agonists and antagonists, GPCRs have long been a major target for drug development. One estimate is that about 65% of prescription drugs are targeted against GPCRs. Debido a sus críticas y diversos roles en la fisiología normal, su accesibilidad en la superficie celular, y la capacidad de sintetizar los agonistas y antagonistas selectivos, GPCR desde hace mucho tiempo un objetivo importante para el desarrollo de drogas. Una estimación es que alrededor del 65% de los medicamentos recetados son dirigida contra GPCRs. Drugs targeting GPCRs may act not only as agonists or antagonists, but also as allosteric modulators. orientación GPCRs Las drogas actúan no sólo como agonistas o antagonistas, sino también como moduladores alostéricos. So-called calcimimetic drugs inhibit parathyroid hormone release, for example, by binding to the seven-transmembrane domain and acting as positive allosteric modulators of the Ca 2+ -sensing receptor. [ ] With the cloning of GPCR cDNAs, much greater diversity of receptor subclasses became evident than had been anticipated on the basis of pharmacologic studies. llamada calciomiméticos drogas-tanto inhiben la liberación de hormona paratiroidea, por ejemplo, al unirse al dominio transmembrana siete y actuar como moduladores alostéricos positivos del Ca 2 +-receptor sensible. [ 120 ] Con la clonación de cDNAs GPCR, una mayor diversidad tanto de subclases de los receptores se hizo evidente que se había previsto sobre la base de los estudios farmacológicos. For example, five muscarinic receptor subtypes and an even greater number of serotoninergic GPCRs were identified. [ ] This has allowed the development of highly specific, subtype-selective drugs that have fewer side effects than those produced by previously available agents. Por ejemplo, cinco subtipos de receptores muscarínicos y un mayor número par de GPCRs serotoninérgicos fueron identificados. [ 112 ] Esto ha permitido el desarrollo de muy específicos, selectivos drogas subtipo que tienen menos efectos secundarios que los producidos por los agentes disponibles anteriormente.

Another result of the cloning of GPCR cDNAs by homology screening and polymerase chain reaction-based approaches is the identification of “orphan” GPCRs, that is, receptors with the canonical, predicted seven-transmembrane-domain structure of GPCRs but without knowledge of their physiologic agonist. There have been substantial efforts to identify the relevant ligands for such orphan receptors. Otro resultado de la clonación de cDNAs GPCR por la investigación de homología y la reacción en cadena de la polimerasa basada en enfoques es la identificación de los "huérfanos" GPCRs, es decir, los receptores con la canónica, prevista de siete dominios transmembrana estructura de GPCRs pero sin conocimiento de sus fisiológica agonista. Se han hecho esfuerzos considerables para identificar los ligandos pertinentes para tales receptores huérfanos. Krebs cycle intermediates, succinate and -ketoglutarate, for example, were shown to be the physiologically relevant activators of orphan αGPCRs, GPR91 and GPR99, respectively, and thereby to regulate renin release and blood pressure. [ ] GPR40, another orphan receptor selectively expressed in cells, is activated by free fatty acids and may play a role in linking obesity βto type 2 diabetes. [ ] In addition to revealing new physiologic and pathophysiologic mechanisms, GPCR “deorphanization” provides novel targets for drug development. ciclo de Krebs intermedios, succinato y -αcetoglutarato, por ejemplo, se demostró que los activadores fisiológicamente relevantes de GPCR huérfano GPR91 y GPR99, respectivamente, y por lo tanto para regular la liberación de renina y la presión arterial. [ 126 ] GPR40, otro receptor huérfano de forma selectiva expresado en las células , es activado por los ácidos grasos libres y pueden βdesempeñar un papel en la vinculación de la obesidad a diabetes tipo 2. [ 127 ] Además de revelar fisiológicos y mecanismos fisiopatológicos, GPCR "deorphanization" proporciona nuevos objetivos para el desarrollo de fármacos.

Beyond drug development, defects in GPCRs are an important cause of a wide variety of human diseases. [ ] GPCR mutations can cause loss of function by impairing any of several steps in the normal GPCR-GTPase cycle (see ). Más allá del desarrollo de drogas, los defectos en GPCRs son una causa importante de una amplia variedad de enfermedades humanas. [ 128 ] GPCR mutaciones pueden causar pérdida de la función y afectar a cualquiera de varios pasos en la Revolución Cultural-GTPasa ciclo normal (ver fig. 5-10 ) . These include failure to synthesize GPCR protein altogether, failure of synthesized GPCR to reach the plasma membrane, failure of GPCR to bind or be activated by agonist, and failure of GPCR to couple to or activate G protein. Because in most cases clinically significant impairment of signal transduction requires loss of both alleles of the GPCR gene, most such diseases are inherited in autosomal recessive fashion ( ). Estos incluyen la falta de síntesis de proteínas GPCR en conjunto, el fracaso de GPCR sintetizado para llegar a la membrana plasmática, el fracaso de GPCR para atar o ser activados por agonista, y el fracaso de GPCR de pareja o activar la proteína G. Dado que en la mayoría de los casos significativos de deterioro clínicamente transducción de señales requiere la pérdida de ambos alelos del gen GPCR, la mayoría de estas enfermedades se heredan de forma autosómica recesiva ( tabla 5-1 ).

TABLE 5-1 -- DISEASES CAUSED BY G PROTEIN–COUPLED RECEPTOR LOSS-OF-FUNCTION MUTATIONS TABLA 5-1 - Enfermedades causadas por la proteína G acoplada al receptor de función mutaciones de pérdida

Receptor Receptor

Disease Enfermedad Inheritance Herencia

V2 vasopressin vasopresina V2

Nephrogenic diabetes insipidus La diabetes insípida nefrogénica X-linked Ligada al cromosoma X

ACTH ACTH Familial ACTH resistance Familiar ACTH resistencia Autosomal recessive Autosómica

recesiva

GHRH GHRH Familial GH deficiency Familiar deficiencia de GH Autosomal recessive Autosómica recesiva

GnRH GnRH Hypogonadotropic hypogonadism Hipogonadismo hipogonadotrópico

Autosomal recessive Autosómica recesiva

GPR54 GPR54 Hypogonadotropic hypogonadism Hipogonadismo hipogonadotrópico

Autosomal recessive Autosómica recesiva

FSH FSH Hypergonadotropic ovarian dysgenesis Hypergonadotropic disgenesia ovárica

Autosomal recessive Autosómica recesiva

LH LH Male pseudohermaphroditism pseudohermafroditismo masculino

Autosomal recessive Autosómica recesiva

TSH TSH Familial hypothyroidism hipotiroidismo familiar Autosomal recessive Autosómica recesiva

Ca 2+ sensing Ca 2

+ de detección Familial hypocalciuric hypercalcemia, neonatal severe primary hyperparathyroidism Hipocalciúrica familiar hipercalcemia, hiperparatiroidismo primario neonatal severa

Autosomal dominant autosomal recessive Autosómica dominante autosómica recesiva

Melanocortin 4 Melanocortina 4

Obesity Obesidad Autosomal recessive Autosómica recesiva

PTH/PTHrP PTH / PTHrP

Blomstrand chondrodysplasia Blomstrand condrodisplasia Autosomal recessive Autosómica recesiva

ACTH, Adrenocorticotropic hormone; FSH, follicle-stimulating hormone; GH, growth hormone; GHRH, growth hormone–releasing hormone; GnRH, gonadotropin-releasing hormone; LH, luteinizing hormone; PTH, parathyroid hormone; PTHrP, parathyroid hormone–related protein; TSH, thyroid-stimulating hormone. ACTH, hormona adrenocorticotropa, FSH, hormona estimulante del folículo, GH, hormona de crecimiento; GHRH, la hormona del crecimiento hormona liberadora; GnRH, hormona liberadora de gonadotropina, la LH, hormona luteinizante, hormona paratiroidea, hormona paratiroidea; PTHrP, relacionado con la hormona paratiroidea proteínas; TSH, hormona estimulante de la tiroides.

Most of these diseases are manifested as resistance to the action of the normal agonist and thus mimic deficiency of the agonist. La mayoría de estas enfermedades se manifiestan como resistencia a la acción del agonista normal y por lo tanto imitan la deficiencia del agonista. For example, TSH receptor loss-of-function mutations cause a form of hypothyroidism mimicking TSH deficiency, but serum TSH is actually elevated in such cases, reflecting resistance to the hormone's action caused by defective receptor function. Interestingly, hypogonadotropic hypogonadism may be caused by loss of function mutations of either the GnRH receptor or of the orphan GPCR, GPR54. Por ejemplo, TSH receptor de función mutaciones de pérdida causar una forma de hipotiroidismo imitar la deficiencia de TSH, pero TSH sérica es realmente elevada en estos casos, lo que refleja la resistencia a la hormona de acción de los derivados de la función del receptor defectuoso. Curiosamente, el hipogonadismo hipogonadotrópico pueden ser causados por pérdida de la función de cualquiera de las mutaciones del receptor de GnRH o de los GPCR huérfano GPR54. In the former, there is resistance to the action of GnRH. En el primer caso, existe una resistencia a la acción de GnRH. The latter may be due to failure to release GnRH, but the precise mechanism has not been defined. [ ] Nephrogenic diabetes insipidus (renal vasopressin resistance) is caused by loss-of-function mutations in the V2 vasopressin receptor gene located on the X chromosome. Thus, males with a single copy of the gene experience the disease when they inherit a mutant gene, whereas most females do not show overt disease because random X inactivation leaves them with an average 50% of normal gene function. Esto último puede deberse a la falta de liberación de GnRH, pero el mecanismo exacto no se ha definido. [ 129 ] la diabetes insípida nefrogénica (resistencia a la vasopresina renal) es causado por mutaciones de pérdida de función en el gen receptor de vasopresina V2 se encuentra en la X cromosoma. Por lo tanto, los hombres con una sola copia del gen de la experiencia de la enfermedad cuando se heredan un gen mutante, mientras que la mayoría de las hembras no muestran enfermedad manifiesta debido al azar inactivación X los deja con un promedio de 50% de la función del gen normal. Most V2 vasopressin receptor mutations associated with nephrogenic diabetes insipidus cause loss of function by impairing normal synthesis or

folding of the receptor, or both. La mayoría de las mutaciones del receptor de vasopresina V2 asociados con diabetes insípida nefrogénica causar la pérdida de la función al afectar la síntesis normal o plegamiento del receptor, o ambos. A novel mechanism for receptor loss of function elucidated for a V2 vasopressin receptor missense mutation associated with nephrogenic diabetes insipidus involves constitutive arrestin-mediated desensitization. [ ] Un nuevo mecanismo para la pérdida de la función del receptor esclarecido en el receptor de la vasopresina V2 una mutación sin sentido asociado con la diabetes insípida nefrogénica involucra arrestina desensibilización mediada constitutiva. [ 130 ]

The extracellular Ca 2+ -sensing receptor appears to be an interesting exception to the association between GPCR loss-of-function mutations and hormone resistance. El extracelular 2 +-receptor sensible al calcio parece ser una interesante excepción a la asociación entre los GPCR de función mutaciones de pérdida y resistencia a la hormona. Loss-of-function mutations of the Ca 2+ -sensing receptor mimic a hormone hypersecretion state, primary hyperparathyroidism. In fact, Ca 2+ -sensing receptor loss-of-function mutations do cause hormone resistance, but in this case extracellular Ca 2+ is the hormonal agonist that acts through this receptor to inhibit PTH secretion. De función mutaciones de pérdida de la Ca 2 +-receptor sensible al simular un estado de hipersecreción hormonal, hiperparatiroidismo primario. De hecho, Ca 2 +-receptor sensible de función mutaciones de pérdida de hormonas hacen resistencia a la causa, pero en este caso extracelular Ca 2 + es el agonista hormonal que actúa a través de este receptor para inhibir la secreción de PTH. A loss-of-function mutation of one copy of the receptor gene typically causes mild resistance to extracellular Ca 2+ manifested as familial hypocalciuric hypercalcemia. Una de función mutación pérdida de una copia del gen del receptor suele causar resistencia leve a Ca 2 + extracelular se manifiesta como la hipercalcemia hipocalciúrica familiar. If two defective copies are inherited, extreme Ca 2+ resistance causing neonatal severe primary hyperparathyroidism results (see ). Si dos copias defectuosas se heredan, Ca 2 + extrema resistencia a la causa primaria de los resultados neonatales hiperparatiroidismo grave (ver Cuadro 5.1 ). In some cases, a heterozygous receptor loss-of-function mutation may be associated with neonatal severe primary hyperparathyroidism, perhaps reflecting a dominant negative effect caused by dimerization of wild-type and mutant receptors. [ ] En algunos casos, un receptor de heterocigotos de función mutación pérdida puede estar asociada con hiperparatiroidismo primario neonatal severa, quizás reflejando un efecto negativo dominante causado por dimerización del tipo y del mutante receptores silvestres. [ 131 ]

GPCR gain-of-function mutations ( ) are also an important cause of disease. [ ] Given the dominant nature of activating mutations, most such diseases are inherited in an autosomal dominant manner. GPCR de función mutaciones de ganancia ( Tabla 2.5 ) son también una causa importante de enfermedad. [ 128 ] Dado el carácter dominante de la activación de las mutaciones, la mayoría de estas enfermedades se heredan de forma autosómica dominante. Activating TSH receptor mutations may be inherited in autosomal dominant fashion and cause diffuse thyroid enlargement in familial nonautoimmune hyperthyroidism, or they may occur as somatic mutations causing focal, sporadic hyperfunctional thyroid nodules. [ ] Likewise, activating, germline LH receptor mutations cause familial male precocious puberty due to LH-independent Leydig cell hyperfunction, while somatic LH receptor mutations may cause focal Leydig cell tumors. [ ] Activación de las mutaciones del receptor de TSH se pueden heredar de forma autosómica dominante y difuso agrandamiento de la tiroides causa hipertiroidismo en nonautoimmune familiar, o pueden ocurrir como mutaciones somáticas causando focal, los nódulos tiroideos esporádicos hiperfuncionales. [ 132 ] Del mismo modo, activar la línea germinal mutaciones del receptor de LH causa familiar varón pubertad precoz independiente debido a las células de Leydig, hiperfunción de LH, mientras que mutaciones somáticas de los receptores de LH puede causar tumores focales de células de Leydig. [ 132 ]

TABLE 5-2 -- DISEASES CAUSED BY G PROTEIN–COUPLED RECEPTOR GAIN-OF-FUNCTION MUTATIONS TABLA 5-2 - Enfermedades causadas por la proteína G acoplada al receptor de función mutaciones con ganancia

Receptor Receptor

Disease Enfermedad Inheritance Herencia

LH LH Familial male precocious puberty Familiar pubertad precoz masculina

Autosomal dominant Autosómica dominante

TSH TSH Sporadic hyperfunctional thyroid nodules Nódulos tiroideos esporádicos hiperfuncionales

Noninherited (somatic) No heredado (somáticas)

TSH TSH Familial nonautoimmune hyperthyroidism Familiar nonautoimmune hipertiroidismo

Autosomal dominant Autosómica dominante

Ca 2+ sensing Ca 2 + de detección

Familial hypocalcemic hypercalciuria Hipocalcémica familiar hipercalciuria

Autosomal dominant Autosómica dominante

PTH/PTHrP PTH / PTHrP

Jansen's metaphyseal chondrodysplasia condrodisplasia metafisaria de Jansen

Autosomal dominant Autosómica dominante

V2 vasopressin vasopresina V2

Nephrogenic inappropriate antidiuresis Nefrogénica inadecuado antidiuresis

Autosomal dominant Autosómica dominante

LH, Luteinizing hormone; PTH, parathyroid hormone; PTHrP, parathyroid hormone–related protein; TSH, thyroid-stimulating hormone. LH, hormona luteinizante, hormona paratiroidea, hormona paratiroidea; PTHrP, relacionado con la hormona paratiroidea proteínas;, hormona estimulante del tiroides TSH.

Unlike loss-of-function mutations, which may be missense as well as nonsense or frameshift mutations that truncate the normal receptor protein, GPCR gain-of-function mutations are almost always missense mutations. A diferencia de función mutaciones de pérdida, que puede ser de cambio de sentido, así como del marco de lectura o mutaciones sin sentido que truncar la proteína del receptor normal, la ganancia de función GPCR mutaciones son casi siempre las mutaciones sin sentido. The location and nature of naturally occurring, disease-causing mutations offer important insights into GPCR structure and function. La ubicación y la naturaleza de forma natural, mutaciones causantes de enfermedad ofrecen pistas importantes sobre la estructura y la función GPCR. The basis for defective receptor function is clear with mutations that truncate receptor synthesis prematurely. La base para la función del receptor defectuoso está claro que la síntesis con mutaciones del receptor truncado prematuramente. More subtle missense mutations may impair function if they involve highly conserved residues in transmembrane helices critical for normal protein folding. Más sutiles mutaciones de sentido erróneo puede dañar la función si suponen los residuos altamente conservados en las hélices transmembrana crítica para el plegamiento normal de proteínas. Activating missense mutations often involve residues within or bordering transmembrane helices and are thought to disrupt normal inhibitory constraints that maintain the receptor in its inactive conformation. [ ] Mutations disrupting these constraints mimic the effects of agonist binding and shift the equilibrium toward the activated state of the receptor. Activación de las mutaciones de cambio de sentido a menudo implican los residuos dentro o bordeando las hélices transmembrana y se piensa que interrumpir el normal restricciones inhibitorias que mantener el receptor en su conformación inactiva. [ 133 mutaciones] perturbar estas limitaciones imitar los efectos de agonistas vinculante y desplazan el equilibrio hacia el estado activado de el receptor. A striking example is the activating, missense mutations in the V2 vasopressin receptor of arginine 137, part of the “DRY” motif at the intracellular border of transmembrane helix 3 conserved in most family 1 GPCRs, leading to the syndrome of nephrogenic inappropriate antidiuresis. [ ] Un ejemplo notable es la activación, las mutaciones de cambio de sentido en el receptor de la vasopresina V2 de la arginina 137, parte de la "seca" motivo en la frontera intracelular de hélice transmembrana 3 conserva en la mayoría de la familia un GPCR, que lleva al síndrome de nefrogénica antidiuresis inapropiado. [ 134 ]

Clinically, diseases caused by activating GPCR mutations therefore mimic states of agonist excess, but direct measurement shows that agonist concentrations are actually low, re-flecting normal negative feedback mechanisms. Clínicamente, las enfermedades causadas por mutaciones activadoras GPCR tanto imitan estados de exceso de agonista, pero la medición directa muestra que las concentraciones de agonistas son realmente bajos, reflejando los mecanismos normales de retroalimentación negativa. Again, the Ca 2+ -sensing receptor is an apparent exception, with activating mutations causing functional hypoparathyroidism. De nuevo, el 2 +-receptor sensible al calcio es una excepción aparente, con la activación de las mutaciones que causan el hipoparatiroidismo funcional. For most GPCRs, disease-associated gain-of-function mutations cause constitutive, agonist-independent, activation but with rare exceptions, the Ca 2+ -sensing receptor gain-of-function mutations cause increased sensitivity to extracellular Ca 2+ rather than to Ca 2+ -independent activation. [ ] Para la mayoría de GPCR, la función de las mutaciones asociadas--ganancia de la enfermedad de causa constitutiva, agonista-independiente, la activación, pero con raras excepciones, el Ca 2 +-receptor sensible de función mutaciones con ganancia causar un aumento en la sensibilidad al Ca 2 + extracelular en lugar de Ca 2-independiente de la activación +. [ 131 ]

Naturally occurring animal models of human disease have revealed additional examples of etiologic GPCR mutations. De origen natural modelos animales de enfermedades humanas han revelado otros ejemplos de mutaciones GPCR etiológico. For example, a loss-of-function mutation in the hypocretin (orexin) type 2 receptor gene was identified in canine narcolepsy. [ ] Dozens of mouse GPCR gene knockout models have been created, many revealing interesting and in some cases unexpected phenotypes. Por ejemplo, una de función en la mutación de pérdida de hipocretina (orexina) del gen receptor de tipo 2 se identificó en la narcolepsia canina. [ 135 ] Decenas de ratón knockout de genes GPCR modelos han sido creados, muchos de ellos y algunos casos inesperados fenotipos interesantes revelador. Characterization of the phenotype resulting from disruption of a mouse GPCR gene may accurately predict the clinical picture resulting from the corresponding mutation in humans, such as with disruption of the melanocortin-4 receptor gene resulting in obesity in mouse [ ] and human [ ] and disruption of the PTH/PTH-related protein receptor gene impairing normal bone growth and development in mouse [ ] and in the human disease Blomstrand chondrodysplasia. [ ] Further knockout models and further detailed studies of these models can be expected to

increase substantially our understanding of GPCR function and to address questions such as the unique roles of multiple subtypes of various GPCR subclasses, for example, the 3-adrenergic receptor subtype. β [ ] Availability of mouse knockout models of human diseases should also facilitate testing of novel therapies including gene transfer. Caracterización del fenotipo resultante de la interrupción de un gen del ratón GPCR puede predecir con exactitud el cuadro clínico resultante de la mutación en los seres humanos correspondientes, como a la interrupción del gen del receptor de 4-melanocortina resultantes de la obesidad en ratones [ 136 ] y [humanos 137 ] y la alteración de la PTH / proteína del receptor relacionado con el gen de PTH perjudica el crecimiento normal del hueso y el desarrollo en ratón [ 138 ] y en la enfermedad de condrodisplasia Blomstrand humanos. [ 139 ] modelos knockout más y más estudios detallados de estos modelos se puede esperar que aumente sustancialmente nuestra comprensión de la función GPCR y abordar cuestiones como el papel único de múltiples subtipos de GPCR subclases diferentes, por ejemplo, el subtipo de receptores adrenérgicos- 3. β [ 140 ] La disponibilidad de modelos de ratón knockout de las enfermedades humanas deben facilitar también el ensayo de nuevas terapias incluida la transferencia de genes. For example, aminoglycosides, which are known to suppress premature termination codons, were shown to rescue expression and function in mice with nephrogenic diabetes insipidus caused by a nonsense mutant in the V2 vasopressin receptor. [ ] Many disease-causing loss of function mutations in GPCRs lead to defective protein folding and/or protein routing. Por ejemplo, los aminoglucósidos, que se conocen para suprimir la terminación prematura de codones, se demostró que los rescate de expresión y la función en ratones con diabetes insípida nefrogénica causada por una mutación sin sentido en el receptor de la vasopresina V2. [ 141 ] que causan enfermedades pérdida de muchas de las mutaciones en la función GPCRs llevar a plegamiento de las proteínas defectuosas y / o proteína de enrutamiento. Novel therapeutic approaches such as use of molecular “chaperones” and modulation of the cell's “quality control” mechanisms have shown promise in in vitro studies. [ ] Nuevos enfoques terapéuticos tales como el uso de la biología molecular "acompañantes" y la modulación de la "calidad del control celular" mecanismos han demostrado ser prometedores en los estudios in vitro. [ 142 ]

Screening of GPCR genes for mutations as the potential cause of additional human disorders may continue to turn up new examples, but it is also becoming clear that variations in GPCR gene sequence can have profound consequences beyond simply causing resistance to, or activation independent of, the cognate hormone agonist. Detección de genes de GPCR para las mutaciones como causa potencial de otras enfermedades humanas pueden continuar hasta su vez nuevos ejemplos, pero también es cada vez más evidente que las variaciones en la secuencia del gen GPCR puede tener profundas consecuencias más allá de simplemente provocan resistencia a, o la activación independiente de la agonista de la hormona afines. Familial spontaneous ovarian hyperstimulation syndrome occurring in early pregnancy, for example, was shown to be caused by missense mutations in the transmembrane helix domain of the FSH receptor. [ ] [ ] Such mutations increase receptor basal activity, and permit low affinity binding of hCG to the ectodomain to activate the FSH receptor. El síndrome de hiperestimulación ovárica familiar espontáneos que ocurren al comienzo del embarazo, por ejemplo, ha demostrado ser causadas por mutaciones sin sentido en el dominio hélice transmembrana del receptor de FSH. [ 143 ] [ 144 Este aumento de las mutaciones del receptor de] la actividad basal, y permitir una baja afinidad de unión hCG para el ectodominio para activar el receptor de FSH. Studies are needed to determine whether variable susceptibility to iatrogenic ovarian hyperstimulation occurring in the context of in vitro fertilization might be due to such variations in FSH receptor sequence. [ ] Se necesitan estudios para determinar si la susceptibilidad variable a la hiperestimulación ovárica iatrogénicos que ocurren en el contexto de la fertilización in vitro puede ser debido a estas variaciones en la secuencia del receptor de FSH. [ 144 ]

As more polymorphisms are discovered in the human genome, many examples of variations in GPCR gene sequence will be found and the challenge will be to elucidate their possible functional significance. A medida que más se descubren los polimorfismos en el genoma humano, muchos ejemplos de las variaciones en la secuencia del gen GPCR se encuentra ante el desafío será el de aclarar su significado funcional posible. In vitro studies may reveal functional differences, such as differences in G protein coupling seen with a four-amino-acid polymorphism in the third intracellular loop of the α 2C -adrenergic receptor, [ ] but further studies are required to determine whether such differences are important in individual variation in response to various drugs (pharmacogenomics) or in other subtle physiologic differences that could confer susceptibility to disease (complex disease genes). Los estudios in vitro pueden revelar diferencias funcionales, como las diferencias en el acoplamiento de la proteína G visto con un amino-ácido polimorfismo de las cuatro de la intracelular tercer bucle de la 2C-adrenérgicos , α [ 145 ], pero se necesitan más estudios para determinar si estas diferencias son importantes en la variación individual en la respuesta a diferentes fármacos (farmacogenómica), u otras diferencias fisiológicas sutiles que pueden conferir susceptibilidad a la enfermedad (enfermedad de los genes complejos). Given the high proportion of the human genome devoted to GPCR genes, it is clear that studies of this gene superfamily will play a prominent role in the post-human genome sequence era. Dada la gran proporción del genoma humano dedicado a los genes de GPCR, está claro que los estudios de esta superfamilia de genes que juegan un papel prominente en la secuencia del genoma humano era post.