¿Qué es una cascada de señalización celular y cómo funciona?

Cómo funciona

Todo parte de una molécula mensajera, llamada ligando, que una célula libera y que otra célula recibe. El ligando solo actúa sobre las células que tienen la proteína a la que encaja, el receptor. Por eso no todas las células responden a las mismas señales.

Hay receptores dentro de la célula y receptores en su superficie. Los internos atienden a ligandos hidrofóbicos, es decir, que no se mezclan con el agua y por eso cruzan la membrana plasmática, la envoltura de la célula. Una vez dentro, el ligando se une al receptor, el conjunto entra en el núcleo y se pega al ADN para activar un gen. El receptor actúa directamente, sin cascada.

La cascada hace falta cuando el ligando se queda fuera. Los receptores de superficie atraviesan la membrana y tienen tres partes: una externa que reconoce al ligando, una que cruza la membrana y una interna. Cuando el ligando se une, la proteína cambia de forma, y ese cambio llega hasta la parte interna. Convertir una señal externa en otra interna se llama transducción de señal.

A partir de ahí entra en juego la fosforilación, la modificación más habitual en estas vías. Consiste en añadir un grupo fosfato a una molécula, normalmente a una proteína. La reacción la realiza una quinasa, una enzima (una proteína que acelera una reacción química). Colocado sobre los aminoácidos serina y treonina, suele activar la enzima. Sobre la tirosina, puede cambiar su actividad o crear un punto de anclaje para la siguiente proteína. La operación inversa, quitar el fosfato, la hace una fosfatasa, y con ella se revierte el efecto.

Otra pieza son los segundos mensajeros, moléculas pequeñas que reparten la señal por el citoplasma, el interior de la célula. El ion calcio es uno muy usado. Su concentración libre dentro de la célula es baja, porque unas bombas de la membrana lo expulsan gastando ATP, la molécula que la célula usa como moneda de energía. Cuando llega la señal se abren canales y el calcio entra desde fuera o desde depósitos internos, como el retículo endoplasmático. El AMP cíclico (AMPc) se fabrica a partir del ATP y su misión principal es activar una quinasa, la quinasa A, que a su vez fosforila a muchas proteínas. Un tercer grupo nace de lípidos de la membrana, que una enzima corta en DAG e IP3. El DAG activa en la membrana a la proteína quinasa C, y el IP3 abre canales de calcio en el retículo endoplasmático.

El resultado de toda esta cadena es amplificación. Al principio un ligando se une a un receptor, pero un receptor activado puede activar muchas copias de la siguiente proteína, y cada una de esas, muchas más.

Las vías no son líneas rectas. Una vía puede bifurcarse y un mismo ligando provoca respuestas distintas según el tipo de célula. En la integración de señales, las órdenes de dos o más receptores confluyen en una sola respuesta, y así la célula comprueba que se cumplen varias condiciones externas antes de comprometerse.

Una cascada tiene que poder pararse. Se detiene si se destruye o retira el ligando, si las fosfatasas quitan los fosfatos, si la fosfodiesterasa convierte el AMPc en AMP o si las bombas devuelven el calcio a su sitio.