REFERENCIAS SEMINARIO 2

- JOHN M. RUSSELL. Sodium-Potassium-Chloride Cotransport. PHYSIOLOGICAL REVIEWS
Vol. 80, No. 1, January 2000.
-Marisa Pedemonte & Peter M. Narins.Las células ciliadas de la cóclea, un ejemplo de transducción bidireccional. Actas de Fisiología, 5: 79-107, 1999.
- Yehoash Raphael & Richard A. Altschuler. Structure and innervation of the cochlea. Brain Research Bulletin 60 (2003) 397–422.
-Peter W. Flatman. Regulation of Na–K–2Cl cotransport by phosphorylation and
protein–protein interactions. Biochimica et Biophysica Acta 1566 (2002) 140– 151
-

BIBLIOGRAFÍA UTILIZADA

Desarrollo del Temario:
- Tomás Álvaro Naranjo, Rosa Noguera-Salvá, Fernando Fariñas Guerrero. La matriz extracelular: morfología,   función y biotensegridad (parte I). REV ESP PATOL 2009; Vol 42, n.º 4: 249-261.
- Nancy J. BOUDREAU and Peter Lloyd JONES‹. Extracellular matrix and integrin signalling : the shape of things to come. Biochem. J. (1999) 339, 481±488.
- Bruce Alberts, Dennis Bray, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts and James D Watson 

Molecular Biology of the Cell. Capítulo 19.

-Dmitry A. Losa y Norio Murata. Membrane fluidity and its roles in the perception of environmental signals. Biochimica et Biophysica Acta 1666 (2004) 142–157

.
Seminario:
- Yan Zhu & Hong-Bo Zhao. ATP-mediated potassium recycling in the cochlear
supporting cells.Purinergic Signalling (2010) 6:221–229.
-Philine Wangemann. Cochlear Homeostasis and Homeostatic
Disorders. 

SEMINARIO CÉLULAS DE LA CÓCLEA

RESUMEN ARTICULO 3

Protein Kinase C b/a Inhibitor Go6976 Promotes Formation of Cell Junctions and Inhibits Invasion of Urinary Bladder Carcinoma Cells

Jussi Koivunen, Vesa Aaltonen, Sanna Koskela, Petri Lehenkari, Matti Laato  and Juha Peltonen.

La familia de proteínas cinasas C (PKC), consisten en cinasa de serina/treonina, las cuales actúan mediante la fosforilación de un sustrato proteíco específico, dicha familia se clasifica en tres grupos principales: clásica que comprende las isoformas a, b y g; nuevas que comprenden las isoformas d, h, e y q, finalmente las atípicas que comprenden las isoformas m, ja y x.

Cabe mencionar que la activación de las enzimas clásicas depende de calcio y fosfolípidos, las enzimas nuevas son activadas por los fosfolípidos mientras que la activación de las enzimas atípicas ocurre independientemente de calcio y fosfolípidos. Las PKC están involucradas en un gran número de procesos celulares como la regulación de la expresión génica, la proliferación, las conexiones celulares, apoptosis y la migración.

Se han asociado los cambios en el balance de activación de las diferentes isoenzimas de PKC con el desarrollo del cáncer, en el artículo se expone los efectos de diferentes inhibidores de PKC en cultivos de células de alto grado de carcinoma de vejiga. La exposición de las células a Go6976 un inhibidor de las isoenzimas PKCa  y PKCb, inducen un agrupamiento de las células de carcinoma y un incremento en la formación de desmosomas y conexiones adherentes. En contraste a lo anterior, un inhibidor de PKC d, la rotlerina, ocasiona la dispersión de las células así como una disociación de las conexiones celulares.

Un inhibidor de PKC de alto espectro como la bisindolilmaleimida I, no tuvo un efecto aparente en la morfología de los cultivos o en el número de las conexiones celulares. Estudios adicionales con Go6976 demostraron que la inhibición de las isoenzimas PKC a y b, induce una traslocación de b1-integrina de las conexiones en la matriz celular y que la b4-integrina fue trasloada hacia el sustrato del cultivo.Go6976 también fue altamente efectivo en inhibir la migración de células cancerígenas e inhibían la invasión a través de una membrana basal artificial.

Los autores mencionan en sus resultados de Go6976 en las células  de carcinoma de la vejiga, demuestran que tiene un efecto anticáncer debido a sus efectos en las conexiones célula-célula y célula.-matriz, migración e invasión. Lo anterior sugiere que debe de existir un balance en la activación de PKC regulada por los inhibidores de PKC a y b.

RESUMEN ARTICULO 2

Active membrane transport and receptor proteins from bacteria.

M. Saidijam, K.E. Bettaney, G. Szakonyi, G. Psakis, K. Shibayama, S. Suzuki, J.L. Clough, V. Blessie, A. Abu-bakr, S. Baumberg, J. Meuller, C.K. Hoyle, S.L. Palmer, P. Butaye, K. Walravens, S.G. Patching, J. O’Reilly, N.G. Rutherford, R.M. Bill, D.I. Roper, M.K. Phillips-Jones and P.J.F. Henderson.

Los lípidos que conforman la membrana celular de las bacterias es inherentemente impermeable a los nutrientes que requiere para su metabolismo, por lo tanto la importación de nutriente así como la secreción de desechos debe ser llevada a cabo por proteínas de transporte, cuyas actividades dependen de la energía metabólica de la bacteria, puesto que conducen el transporte de los solutos en contra de un gradiente. Algunos ejemplo de dichas proteínas transportadoras son las de transporte activo primario dependiente de ATP, transporte activo secundario azúcar H⁺  o antibiótico/H⁺ y la acción de la fosfotranferasa.

Adicionalmente la membrana bacteriana contienen proteínas que, por decirlo así, son sensibles a las condiciones ambientales y a través del sistema de estímulo/respuesta de dos componentes (TCS, por sus siglas en inglés), facilitan una respuesta adecuada ante un estímulo dado; la baja abundancia de estas proteínas membranales y su naturaleza hidrofóbica, dificultan la isolación de la cantidad necesaria como para poder determinar su estructura tridimensional.

Debido a lo anterior se han desarrollado varias estrategias para determinar la expresión de los genes que codifican para el transportador y el receptor, dichas técnicas se han desarrollado principalmente en E. coli, los resultados de la expresión son entonces amplificados para que las proteínas codificadas por los genes representen del 5-35% de las proteínas en la membrana interna.

Dependiendo de su topología, las proteínas son producidas con RGSH6 o una etiqueta Strep en el carboxilo terminal del polipéptido, lo cual permite una purificación en miligramos de la proteína para la cristalización y para los estudios de resonancia magnética nuclear (NMR).

Con la combinación de las técnicas que se describen en el artículo se podrá, en un futuro descubrir las estructuras de los transportadores y de otras proteínas membranales lo cual ayudaría a desarrollar medidas de prevención o de tratamiento para infecciones bacterianas.

RESUMEN ARTICULO 1

Phospholipid Flippases

David L. Daleke1

Los lípidos en la membrana biológica están organizados de una manera que no es al azar a través de la bicapa. En las células eucariotas, la superficie citoplásmica está enriquecida con aniones y fosfolípidos que contienen aminas primarias, por ejemplo los fosfoinosidios, el ácido fosfatídico, fosfatidiletanolamina y fosfatidilserina. Mientras que la lámina extracitoplásmica y lo que sería topológicamente equivalente a la superficie del lumen de los organelos internos está enriquecida con fosfolípidos enriquecidos con colina (fosfatidilcolina y esfingomielina) y glicoesfingolípidos.

En las células procariontes, PE está enriquecido, en la lámina citoplasmática de la membrana plasmática, con fosfatidilglicerol mientras que la cardiolipina tiene una distribución transmembranal simétrica.

El origen de la asimetría de los lípidos se debe a su biosíntesis vectorial, la mayoría de los glicerofosfolípidos son sintetizados en la cara citoplasmática del retículo endoplásmico, mientras que los esfingolípidos son ya sea sintetizados o modificados en la superficie del lumen del aparato de Golgi o en el Retículo endoplásmico. Para mantener el balance de la bicapa algunos de los lípidos recién sintetizados deben de atravesar hacia el lado de la membrana en la que fueron sintetizados.

Cabe mencionar que  dentro de la bicapa lipídica se encuentran diversas proteínas que3 funcionan como transportadores de moléculas ya sea dentro o fuera de la célula, dentro de los tipos de transportadores más importantes se encuentran los transportadores glicolipídicos, los transportadores ABC y los transportadores P4-ATPasas.

ULTIMO TEMA DEL TEMARIO

MATRIZ EXTRACELULAR.

MATRIZ EXTRACELULAR DE TEJIDOS ANIMALES.

La matriz extracelular (MEC) representa una red tridimensional que engloba todos los órganos, tejidos y células del organismo. Constituye un filtro biofísico de protección, nutrición e inervación celular y el terreno para la respuesta inmune, angiogénesis, fibrosis y regeneración tisular. Y representa el medio de transmisión de fuerzas mecánicas a la membrana basal, que a través de las integrinas activa los mecanismos epigenéticos celulares.

La MEC está compuesta por una compleja mezcla de proteínas, proteoglicanos y glucoproteínas que confieren las propiedades estructurales de células y tejidos. Dichas proteínas ejercen a su vez un papel regulador de una extensa variedad de procesos celulares. Cada tipo celular muestra un perfil propio de receptores que constituyen la interfaz de comunicación con el microambiente que le rodea. De esta interacción se deriva la morfología celular, su comportamiento y la respuesta a moléculas solubles para los que la MEC sirve de reservorio, como citocinas y factores de crecimiento. De esta manera la MEC activa o deja de hacerlo los procesos celulares de crecimiento, muerte celular, adhesión, invasión, expresión génica y diferenciación. Todos estos eventos celulares se traducen en los procesos fisiológicos del desarrollo embrionario, la morfogénesis tisular o la angiogénesis, pero también es motivo de inicio de procesos patológicos cuando la correcta información se pierde, dando lugar a procesos inflamatorios, autoinmunes, degenerativos y tumorales.

Las variaciones en cuanto a la participación relativa de los diferentes tipos de macromoléculas de la matriz, y en cuanto a sus patrones de organización en el contexto de la matriz extracelular, dan lugar a una gran diversidad de formas, cada una adaptada a los requerimientos funcionales de cada tejido en particular. La matriz puede calcificarse, formando estructuras duras como en el hueso o el diente, ser transparente, como en la córnea, o constituir organizaciones semejantes a tensores, las cuales dan a los tendones su gran resistencia a la tracción.

Biosíntesis de colágena.

Glucosaminglicanos y proteoglicanos.

En general, las macromoléculas que constituyen la matriz extracelular son producidas localmente por las células, las cuales también contribuyen a organizar la matriz, ya que la orientación de su citoesqueleto controlará la orientación de la matriz que éstas produzcan. Las dos principales clases de macromoléculas que constituyen la matriz son: cadenas de polisacáridos del tipo de los glucosaminoglucanos (GAG), los cuales suelen estar unidos a proteínas mediante enlaces covalentes formando proteoglucanos, y proteínas fibrosas, entre las que se cuentan colágena, elastina, fibronectina y la-minina, con funciones tanto estructurales como adhesivas. Las fibras de colágena refuerzan la matriz y colaboran en su organización, y las de elastina le confieren elasticidad. Por último, muchas proteínas de la matriz facilitan el anclaje de las células. Los GAG y los proteoglucanos se asocian formando enormes complejos poliméricos en

la matriz extracelular. Los compuestos mencionados anteriormente, también se asocian con proteínas fibrosas de la matriz, como la colágena, y con redes proteicas como la lámina basal, formando                                            estructuras muy complejas.

Otras proteínas estructurales de matriz extracelular.

Las distintas moléculas que forman la matriz extracelular están unidas entre sí al igual que presentan uniones con las mismas células para formar un entramado cohesionado. La mayoría de estas uniones son entre proteínas, pero también entre proteínas y azúcares (glucoproteínas). Dentro de este grupo de proteínas destacan las llamadas CAM (Cell Adhesión Molecules) o proteínas de adhesión celular. Con este término se designa a un grupo diverso de proteínas de membrana involucradas en procesos biológicos, que implican el contacto célula-célula o célula-matriz, y diversos procesos tales como la proliferación, la migración, la diferenciación y la muerte celular.

Las conexiones entre moléculas de la matriz extracelular y los elementos celulares se producen a través de complejas interacciones con las CAMs, ya sea entre las propias proteínas de la MEC (como las fibronectinas), proteínas de unión célula-MEC (las integrinas) o bien proteínas de unión

célula-célula. Las CAMs se clasifican en familias entre las que se encuentran integrinas, selectinas, cadherinas, inmunoglobulinas y proteínas de la matriz extracelular, unirse a otras moléculas del mismo tipo (interacción homofílica) o bien de tipo diferente (interacción heterofílica).

 Fibronectinas, glucoproteínas formadas por dos cadenas de polipéptidos con uniones disulfuro. Poseen dominios en su estructura que permiten unirse al colágeno, a ciertos proteoglicanos, a algunos glucosaminoglicanos, a la fibrina, a la heparina y a proteínas de la superficie celular como las integrinas. Establecen uniones entre moléculas de la matriz extracelular y de las células con la matriz extracelular.

Tenascinas son una familia de proteínas de gran tamaño que aparecen en tejidos embrionarios y en tumores. Son capaces de unirse a las integrinas, a los proteoglicanos y a los receptores de inmunoglobulinas.

Fibrinógeno: el cual se une a receptores de superficie de las plaquetas y permite la coagulación sanguínea, la laminina en la formación de las láminas basales y la osteopondina, presente en el hueso o el riñón.

Hay cuatro tipos de moléculas de unión célula-célula: cadherinas, inmunoglobulinas, selectinas y algunos tipos de integrinas.

Cadherinas se encuentran en la superficie de la mayoría de las células animales y forman uniones  homotípicas, es decir, reconocen a otras cadherinas en la célula adyacente. Son una gran superfamilia de proteínas cuyos miembros suelen aparecer característicamente en ciertos tejidos, siendo especialmente importantes durante el desarrollo embrionario o formando parte estructural de los desmosomas.

Las moléculas de adhesión del tipo inmunoglobulina, forman uniones homofílicas con inmunoglobulinas presentes en la célula adyacente.

Selectinas también denominadas adhesión entre células, pero forman uniones heterofílicas, es decir, se unen a glúcidos presentes en la célula vecina y son importantes en la unión  de los leucocitos a las paredes del endotelio cuando abandonan el torrente sanguíneo para adentrarse en los tejidos.

Integrinas, pueden mediar adhesiones célula-célula. En concreto, algunas integrinas pueden formar uniones con algunas moléculas transmembranales  del tipo de las inmunoglobulinas. Además de que constituyen una familia de mecanoreceptores capaces de traducir una señal mecánica y transmitirla desde la superficie celular a través de una vía molecular específica para convertirla en cambios bioquímicos intracelulares, el estímulo de multitud de otros receptores o la inducción de la expresión génica.

TEMARIO

ORGANIZACIÓN MOLECULAR DE LA MEMBRANA.

MODELO DE MEMBRANA.

La membrana plasmática representa el componente básico estructural de todos los sistemas biológicos ya que participan en el intercambio de sustancias así como en los procesos metabólicos. Está compuesta principalmente por lípidos, los cuales debido a sus propiedades termodinámicas crean una bicapa que actúa como una coraza alrededor de la célula, dichos lípidos inducen cambios en las proteínas lo que regulan los procesos que llevan a cabo la célula.

El modelo propuesto para describir la tanto la estructura como la interacción de la membrana plasmática es el modelo de mosaico fluido, el cual se caracteriza por una bicapa de fosfolípidos con un gran número de moléculas dispersas, dentro de las que se encuentran las proteínas, carbohidratos (glicoproteínas), glicolípidos y esteroles los cuales se encuentran en un arreglo de mosaico.

ORGANIZACIÓN MOLECULAR DE LA MEMBRANA.

MODELO DE MEMBRANA.

La membrana plasmática representa el componente básico estructural de todos los sistemas biológicos ya que participan en el intercambio de sustancias así como en los procesos metabólicos. Está compuesta principalmente por lípidos, los cuales debido a sus propiedades termodinámicas crean una bicapa que actúa como una coraza alrededor de la célula, dichos lípidos inducen cambios en las proteínas lo que regulan los procesos que llevan a cabo la célula.

El modelo propuesto para describir la tanto la estructura como la interacción de la membrana plasmática es el modelo de mosaico fluido, el cual se caracteriza por una bicapa de fosfolípidos con un gran número de moléculas dispersas, dentro de las que se encuentran las proteínas, carbohidratos (glicoproteínas), glicolípidos y esteroles los cuales se encuentran en un arreglo de mosaico.

LÍPIDOS Y FLUIDEZ DE LA MEMBRANA.

El estrés ya sea debido a la temperatura o a la ósmosis, lo que causan alteraciones en las propiedades físicas de los lípidos en la membrana de las células, parece ser que las alteraciones provocadas por el estrés son percibidas por proteínas receptoras que se encuentran incrustadas en la membrana.

Se ha demostrado la influencia del estrés sobre la fluidez de la membrana  mediante experimentos que determinan la anisotropía (carencia de organización interna) de la membrana, lo anterior  mediante la polimerización de un compuesto fluorescente denominado 1,6-difenil-1,3,5-hexatreina (DPH), ya que dicho compuesto se incorpora a la membrana de manera paralela a las cadenas acil de los lípidos de la membrana y la fluorescencia de DPH es débilmente despolarizado cuando interactúa de manera estable con membranas rígidas.

Se ha estudiado el efecto de la temperatura mediante varios experimentos utilizando DPH,  los cuales demuestras que a menor temperatura se presenta un fenómeno de rigidez en la membrana, mientras que a mayor temperatura hay un efecto de fluidez en la membrana.

Los efectos de la osmolaridad también se pueden determinar mediante el DPH, demostrándose que al someter a las células a un ambiente hipertónico se provoca un efecto hiperosmótico que causa un efecto de rigidez. Cabe mencionar que no se ha estudiado a fondo que provoca someter a un ambiente hipotónico a las células, es decir, no se sabe con certeza que provoca un efecto hipo-osmótico, pero se sugiere que puede causa una mayor fluidez en las membranas, igualmente se dice que los alcoholes alifáticos así como la cantidad de ácidos grasos insaturados causan igualmente una fluidez en la membrana.

PROTEÍNAS DE MEMBRANA.

Las proteínas de membrana desempeñan varias funciones, algunas de estas proteínas se encuentran embebidas en las capas de fofolípidos, otras se desplazan a través de las capas y algunas más se asocian a moléculas de carbohidratos formando las glicoproteínas.

-       Proteínas de Adhesión: forman uniones muy estrechas lo que permite que las células se adhieran una a la otra, algunas se enlazan al citoesqueleto o a la matriz extracelular para  mantener la forma celular.

-       Proteínas de Comunicación: responsables de las uniones gap que permiten la comunicación celular.

-       Proteínas Receptoras: funcionan como sitios de enlace o que responden o activan bajo la acción de diferentes estímulos por ejemplo las hormonas u otros mensajeros celulares, una vez que los receptores se activan desencadenan diversas rutas de transducción para tener ciertas respuestas celulares.

-       Proteínas de Transporte: funcionan como acarreadores las cuales mueven sustancias a través de la membrana o en su defecto forman canales con la bicapa lipídica.

-       Proteínas de Reconocimiento: dentro de ellas se encuentran las glicoproteínas y algunos glicolípidos, los cuales funcionan como receptor para un reconocimiento celular e identificación.

ASIMETRÍA DEL PLASMALEMA.

Es una barrera dinámica, flexible y asimétrica de 8-10 nm que limita del interior al exterior de la propia célula. Las dos monocapas que componen la membrana celular presentan una composición y estructura diferentes.  Lo carbohidratos, por ejemplo, se encuentran situados exclusivamente en la monocapa extracelular. La asimetría de la bicapa se debe a los diferentes

requerimientos de la célula.

MOVILIDAD DE LOS COMPONENTES DE LA MEMBRANA.

Los principales procesos dinámicos que ocurren en una membrana biológica se definen a continuación:

-       Rotación de los enlaces de carbono: Movimiento de rotación alrededor de las uniones C-C a lo largo de las cadenas hidrocarbonadas de los ácidos grasos.

B-       Flexibilidad de la cadena hidrocarbonada: Las cadenas hidrocarbonadas de ácido graso presentan un alto grado de movilidad, sobretodo en el caso de cadenas que presenten dobles enlaces en su estructura.

Difusión rotacional: Movimiento de rotación de las moléculas de la membrana alrededor de sí mismas (A). La difusión rotacional puede darse de dos formas, mediante rotación alrededor de un eje móvil (B), que también presenta rotación o alrededor de un eje fijo (C).

-       Difusión lateral: Movimiento translacional a lo largo de la superficie de la bicapa. Este movimiento puede ocurrir con idéntica probabilidad en todas direcciones de forma completamente aleatoria. La difusión lateral depende del grado de rigidez de la membrana.

-       Fluctuaciones: Movimientos de la bicapa similares a ondulaciones de la misma. Las fluctuaciones de las membranas suelen presentarse en las proximidades de la fase de transición de los lípidos que constituyen la bicapa.

-       Difusión transmembrana: La difusión transmembrana o flip-flop es un movimiento de translocación de una molécula (generalmente de lípido) de una mitad a otra de la bicapa.

Transporte de moléculas a través de la membrana.

La principal función que debe de lleva a cabo la célula es el transporte a través de la membrana que es la manera en como se exporta o importa los elementos necesarios para el correcto funcionamiento celular. Dentro de los principales tipos de transporte se encuentra:

El transporte pasivo el cual se caracteriza por que se mueven los sustratos a través de la membrana sin gastar energía ya que se lleva cabo conforme a un gradiente de concentración. Existen dos tipos de transporte pasivo:

-       Difusión Simple. La cual no requiere de energía se da de manera lenta y no cubre mucha distancia, y se agiliza al haber un incremento en la temperatura, aunque cabe mencionar que se agiliza al aumentar la temperatura.

-       Difusión Facilitada. Se realiza el transporte de sustrato con la ayuda de proteínas transportadoras, las cuales se enlazan temporalmente a la molécula a transportar para que se pueda mover a través de la membrana, este proceso no requiere energía.

Transporte Activo.

Este tipo de transporte requiere de energía puesto que la proteína acarreadora cuenta con dos sitios activos, uno de ellos lo emplea para identificar la sustancia a transportar y la otra es para proveer el ATP necesario para poder llevar a cabo este tipo de transporte.

Se da cuando la célula debe transportar sustancias disueltas a través de su membrana desde regiones de menor concentración a otras de mayor concentración, o inclusive también cuando  una partícula va de punto bajo a la alta concentración, cuando las partículas necesitan la ayuda que entra en la membrana porque son selectivamente impermeables, y cuando las partículas muy grandes incorporan y salen de la célula.

Dentro de este tipo de transporte se puede distinguir tres subtipos:

§  Uniport: son proteínas que transportan una molécula en un solo sentido a través de la membrana.

§  Antiport: incluyen proteínas que transportan una sustancia en un sentido mientras que simultáneamente transportan otra en sentido opuesto.

§  Simport: son proteínas que transportan una sustancia junto con otra, frecuentemente un protón (H⁺).

UNIONES CELULARES.

Aunque las uniones celulares son especialmente abundantes e importantes en el tejido epitelial, también se encuentran en regiones de contacto célula-célula y célula-matriz de todos los tejidos. Las uniones celulares pueden clasificarse en tres grupos funcionales:

-       Desmosomas: que se caracterizan por ser contactos intercelulares puntiformes que mantiene unidas a las células. en el interior actúan como sitios de anclaje para los filamentos intermedios en forma de cuerda, los cuales forman una red estructural en el citoplasma proporcionando una cierta rigidez. El tipo específico de filamentos intermedios anclados a los desmosomas depende del tipo celular, siendo la queratina en las células epiteliales y desmina en fibras musculares cardiacas.

-       Uniones Estrechas: se denominan hemidesmosomas, y son morfológicamente semejantes a los desmosomas solo que unen el dominio  basal de las células y la lámina basal.

-       Uniones Comunicantes: también denominadas uniones tipo gap, median la comunicación intracelular al permitir el paso de iones inorgánicos y otras pequeñas moléculas  hidrosolubles entre los respectivos citoplasmas, acoplando las células tanto eléctrica como metabólicamente.