Apoptosis, Necrosis, Modificaciones

Modificaciones

Glucosilación

Se trata de la unión covalente de un varios glucosilos (radicales de glúcidos) encadenados —o sea, oligosacáridos o glucanos—. Se glucosilan proteínas que se van a secretar o son de membrana, y nunca se da en los procariotas.

La función de estos oligosacáridos añadidos es

1. favorecer o estabilizar la conformación final de la proteína extracelular o membranaria
2. aumentar la vida media de la proteína incrementando su estabilidad y su resistencia a la digestión por las proteasas.
3. aumentar la solubilidad en un medio acuoso
4. aportar las estructuras que van a reconocer algunos receptores (por ejemplo, los antígenos)

La adición de los oligosacáridos tiene lugar tanto cotraduccional (mientras se importa al RER) como postraduccionalmente (en el Golgi) y no es fija por lo que las proteínas se identifican en gel como una banda borrosa.

Fosforilación

Se trata de una modificación estrictamente postraduccional, una vez que la proteína está completamente sintetizada y plegada. Afecta a grupos OH de Ser, Thr y Tyr, ocasionando un incremento notable de carga negativa en la proteína. Es reversible y muy frecuente. La fosforilación la realizan las proteína-cinasas transfiriendo el grupo γ del ATP. La desfosforilación la catalizan las proteína-fosfatasas.

Acetilación

Se trata de una modificación covalente pos introducción de un grupo acetilo en el amino de un aminoácido. Lo más frecuente es la acetilación de la Met del extremo amino (lo que hace que la proteína no se pueda secuenciar), pero también puede ocurrir sobre las Lys de las histonas para cambiar su afinidad por el DNA.

Carboxilación

Se puede producir la carboxilación del CH₂ en posición ß de un Asp o el CH₂ en posición γ de un Glu. Para la carboxilación de los factores sanguíneos se necesita vitamina K, que es el cofactor de la carboxilasa. La presencia de γ-carboxiglutamato actúa como quelante de Ca²⁺, imprescindible para la coagulación.

Metilación

La metilación no es un fenómeno exclusivo de los ácidos nucleicos o de la síntesis de metabolitos. En las proteínas se pueden incorporar grupos metilo en el ε-amino de una cadena de Lys o en el γ-carboxilo de un Glu. La reacción está catalizada por metil-transferasas que utilizan SAM como el donador de los metilos. En el caso de la Lys se pueden incorporar hasta 3 metilos en el mismo grupo amino. Ejemplos de proteínas que sufren este tipo de modificaciones son la histona H4, algunas proteínas musculares, el citocromo c y la calmodulina (ésta contiene trimetil-Lys).

Hidroxilación

Consiste en la incorporación de grupos OH en residuos de Pro y Lys en el caso del colágeno. Esta modificación la realizan varias hidroxilasas presentes en el retículo endoplásmico. La reacción es químicamente compleja, pues conlleva la descarboxilación de la molécula donadora del OH.

Acilación

Se trata de una modificación cotraduccional que consiste en la unión de un ácido graso para aumentar la hidrofobia de la proteína y el lípido haga de anclaje a la membrana, normalmente por la cara interna. Suele ocurrir sobre las Ser, Thr o Cys.Muchas proteínas implicadas en la transducción de señales (Ser/thr/Tyr cinasas, proteínas G...) estánmiristoiladas (14C) y ocurre sobre una secuencia N-Glu-X-X-X-(Ser,Thr)-Y-Y donde Y son aminoácidos básicos. Otras proteínas como la rodopsina están palmitoiladas (16C).

Otras modificaciones

La prenilación consiste en unir radicales terpenoides (derivados del isopreno) a las Cys de las proteínas citosólicas y servirles de anclaje a la membrana —como en la acilación—. Los terpenoides más habitulaes son el geranilo (10C), farnesilo (15C) y el geranilgeranilo (20C). La oncoproteína Ras tiene que estar farnesilada para ser oncogénica. También se prenilan las proteínas G y algunas proteínas de la matriz nuclear (lamininas).

La proteólisis parcial de un péptido puede servir para generar la proteína madura. Se produce en el retículo endoplásmico, Golgi o citoplasma. Ocurre durante la activación de los zimógenos (de proproteínas a proteínas), las proteínas con péptidos de tránsito (de preproteína a proteína madura) y a las caspasas durante la apoptosis. Ejemplos los tenemos en el procolágeno y la protrombina, y la preproinsulina y el preprocolágeno.

Algunos grupos prostéticos se unen covalentemente a la enzima, como por ejemplo la biotina en la acetil-CoA carboxilasa, o el grupo hemo del citocromo c.

En otros, como el de la glutamina sintetasa de procariotas, las enzimas se pueden adenilar (añadir AMP) para regular su actividad.

La ADP-ribosilación es una modificación reversible sobre residuos de His, Arg, Asn, Lys o Glu empleando NAD⁺ como cosustrato. Las toximas diftérica, colérica y pertúsica ADP-ribosilan proteínas intracelulares (por ejemplo, eIF-2) inespecíficamente por lo que perturban la fisiología celular. También existe esta actividad en una proteína telomérica para regular el ensamblaje y desensamblaje del telómero.

En algunas proteínas se pueden sulfatar las Tyr en el Golgi.

También se pueden ubicuitinar las Lys, pero esto es una señal de degradación. También se ha visto que la SUMOilación (adición de radicales SUMO: small ubiquitin-related modifier) de las lisinas, además de modular la capacidad de interacción de la proteína con otras y alterar su patrón de localización intracelular, también controla su estabilidad: es un antagonista de la ubicuitina

Vía extrínseca

La vía extrínseca o de los "receptores de muerte" establece conexiones con el espacio extracelular, recibiendo señales proapoptóticas desde el exterior y de las células vecinas. Dos familias de receptores se han identificado con estas características: la proteína Fas y el factor de necrosis tumoral (TNF).

La proteína transmembrana Fas en su porción intracelular enlaza con un factor intermedio denominado FADD (factor associated death domain), nombre que sólo señala que está comprometido con la zona de la molécula Fas que participa en la muerte celular, activando las caspasas-8 y -10. En cambio, si la parte interna de la molécula se asocia a otro factor llamado DaXX, se activan proteín-kinasas que conducen al efecto contrario, es decir, estimulan el ciclo celular y la mitosis. Esta vía Fas permanece inactiva hasta que se produce en su parte externa el enlace con un cofactor llamado ligando Fas, proteína que actúa como detonador que enciende una vía en que sólo las caspasas están inactivas y el resto de la cadena está preparado para recibir el enlace exterior. Esta característica permite actuar con gran rapidez sin necesidad de sintetizar otros factores.

Algo similar sucede con el otro receptor de membrana TNF. Su porción intracelular conecta con proteínas como Tradd (TNF receptor associated death domain) y Raidd (receptor associated interleukine death domain) que activan caspasas "iniciadoras" de la apoptosis. Pero si se asocian a otro complejo llamado Traf (TNF receptor associated factor) activan proteín-kinasas y estimulan la proliferación celular, es decir, el efecto contrario.

Vía intrínseca o mitocondrial

Otra vía de inducción de apoptosis es la vía llamada mitocondrial. Las proteínas de la familia de Bcl-2 regulan la apoptosis ejerciendo su acción sobre la mitocondria. La activación de proteínas pro-apoptóticas de la familia de Bcl-2 produce un poro en la membrana externa de las mitocondrias que permite la liberación de numerosas proteínas del espacio intermembrana; entre ellas, el citocromo c.

El citocromo c, una vez en el citosol, activa un complejo proteico llamado "apoptosoma", que activa directamente a la caspasa-9. Una vez que la caspasa-9 está activada, ésta activa a las caspasas efectoras como la caspasa-3, lo que desencadena las últimas fases de la apoptosis.

Las proteínas de la familia de Bcl-2 se agrupan en tres familias: la familia de las proteínas antiapoptóticas (Bcl-2, Bcl-Xl, Mcl-1 y otras); la familia de proteínas proapoptóticas de tipo "multidominio" (Bax y Bak) y las proteínas proapoptóticas de tipo "BH3-only" (Bid, Bim, Bad y otras). Las proteínas tipo multidominio pueden producir poros por si solas en liposomas, lo que indica que probablemente son suficientes para formar el poro mitocondrial que permite la liberación del citocromo c. Las proteínas tipo BH3-only activan a estas proteínas, y las antiapoptóticas inhiben la formación del poro. Estas proteínas son los reguladores más importantes del proceso de apoptosis.

Además de la salida de citocromo c desde la mitocondria, otra proteína llamada SMAC/DIABLO, que es inhibidor de los inhibidores de caspasas (IAPS) sale de la misma. Así se tiene una vía en la que la caspasa efectora está libre de actuar (dado que sus inhibidores fueron neutralizados por SMAC/DIABLO).

La vía mitocondrial puede conectarse también con la vía de receptores de muerte, ya que una vez activada la caspasa-8 por dichos receptores, esta caspasa activa a la proteína Bid, lo que provoca la apertura del poro mitocondrial y la activación de la caspasa-9.