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Revista Ciencias de la Salud

Print version ISSN 1692-7273On-line version ISSN 2145-4507

Rev. Cienc. Salud vol.5 no.2 Bogotá May/Aug. 2007

 

Modelo integrador para las rutas de señalización diferencial del receptor ionotrópico de glutamato activado por el N-metil-D-aspartato

Integrative Model for Differential Signaling Pathways of the Ionotropic Glutamate Receptor Activated by N-methyl-D-aspartate

Sonia Luz Albarracín, MSc,1 Leonardo R. Lareo, PhD2

1. Bioquímica Computacional y Estructural y Bioinformática, Departamento de Nutrición y Bioquímica, Facultad de Ciencias, Pontificia Universidad Javeriana. Grupo de Investigación en Proteínas, Departamento de Química, Facultad de Ciencias, Universidad Nacional de Colombia. Correo electrónico: albarra@javeriana.edu.co

2. Bioquímica Computacional y Estructural y Bioinformática, Departamento de Nutrición y Bioquímica, Facultad de Ciencias, Pontificia Universidad Javeriana. Correo electrónico: l.lareo@javeriana.edu.co

Recibido: febrero 15 de 2007 Aprobado: mayo 3 de 2007


Resumen

El receptor ionotrópico de glutamato activado por N-metil-D-aspartato (iGluR-NMDA) es un complejo macromolecular heteromultimérico constituido por entre 3 y 5 subunidades de tres diferentes tipos, a saber: NR1, NR2A-D y NR3A y B. Se ha demostrado su participación activa en prácticamente todos los procesos fisiológicos, patológicos e intermediarios de efectos farmacológicos que ocurren en las células de tejidos excitables, inclusive se ha reportado su presencia en otros tejidos no excitables.

En el sistema nervioso central (SNC) participa en los procesos de aprendizaje, memoria, plasticidad, diferenciación, migración de la célula neural y apoptosis. Además, en los eventos de índole farmacológica se ha demostrado su intervención en excitotoxicidad, drogadicción y alcoholismo. Surge entonces la pregunta de cómo un mismo complejo macromolecular puede participar en tantos y tan diversos procesos.

La revisión de literatura en la que se demuestra la interacción del iGluR-NMDA con proteínas de señalización, soporte, adaptadoras, moduladoras, de adhesión celular, de citoesqueleto y enzimas reporta un conjunto de más de 160 moléculas que participan en las cascadas que generan las señales a diferentes niveles de interacción y con diferentes sustratos.

En este artículo se presenta un modelo predictivo estructural y funcional que permite distinguir, por lo menos, tres rutas diferenciadas de señalización.

Palabras clave: receptor, homeóstasis, regulación, cascadas, ionotrópico, neurona.

Summary

The ionotropic glutamate receptor activated by N-methyl-D-aspartate (iGluR-NMDA) is a multiheteromeric complex constituted from by three to five subunits belonging to by three different kinds of subunits known as NR1, NR2AD y NR3A y B. It is well established the participation of iGluR-NMDA complexes in a broad range of physiological, pathological, and as intermediary in pharmacological processes of neural systems.

In the CNS, iGluR-NMDA participates in learning, memory, plasticity, neural differentiation, neural migration, and apoptosis, among others. In addition, from the pharmacological point of view the iGluR-NMDA is playing a role in excitotoxicity, drugs-addiction and other dependences. How the same complex can participate in a significant broad group of neural activities is a valid question after a literature review.

A carefully analysis shows that iGluR-NMDA interacts, at some level, with a big number of intracellular proteins belonging to signaling proteins family, support proteins, modulator proteins, cytoskeleton, and enzymes, resulting in interactions with more than a 160 proteins, at different interaction levels and acting with intracellular proteins.

In this work we report a proposal for a model of differential signaling cascade pathways generated by the iGluR-NMDA gating. The model shows at least the possibility of three different signaling pathways.

Key words: Receptor, Homeostasis, Regulation, Pathways, Ionotropic, Neuron.


LISTA DE SIGLAS

NMDA: N-metil-D-aspartato

iGluR-NMDA: Receptor ionotrópico de glutamato activado por N-metil-D-asparatato

NR1, NR2A-D, NR3A-B: Subunidades constitutivas del receptor ionotrópico de glutamato activado por N-metil-D-asparatato

PKA, PKC: Fosfoquinasa A, fosfoquinasa C

CaM quinasa: Quinasa dependiente de Cacalmodulina

MAP quinasa: Quinasas activadas por mitógenos

mGluR: Receptores metabotrópicos de glutamato

PSD: Densidades de proteínas pos-sinápticas

PSD-95, 93: Proteínas de la densidad possináptica de 95 kD y 93 kD de peso molecular

PDZ: Dominio denominada así por las tres proteínas en las que fue identificado por primera vez: PSD-95, la proteína supresora de tumores DLG en Drosophila y una proteína llamada ZO-1.

Domino SH3: Homólogo a la Scr. Dominio que interactúa con secuencias ricas en prolina o hélices de poliprolina usualmente en las rutas que involucran tirosina quinasas

MAGUK: Familia de proteínas consistente de tres dominios PDZ, un dominio SH3 y una región con homología a una guanilato ciclasa de levadura (GUK)

Chapsyn 110: Proteína humana formadora de canal, asociada con las sinapsis

SAP 90, 97, 102: Proteínas asociadas a sinapsis de pesos moleculares 90, 97 y 102 kD

GUK: Guanilato quinasa de levadura

Src: Proteína citoplasmática con actividad específica de tirosina quinasa, usualmente asociada con el lado citoplasmático de la membrana celular

nNOS: Oxido nítrico sintasa neuronal

SynGAP: Proteína activadora de laRas-GTPasa sináptica que interactúa con la PSD-95

Ras: Familia de oncogenes cuyo nombre se deriva de sarcoma de rata (rat sarcoma)

GTP: Guanosina trifosfato

NF1: Neurofibromina

CaMKII: Proteína quinasa II dependiente de Ca/calmodulina

GTPasa: Familia de proteínas que pueden ligarse e hidrolizar GTP

GAP: Gliceraldehido 3-fosfato deshidrogenada

Densina-180 Proteína similar a la proteína asociada a lipopolisacárido (LAP2) y la Erbina que pertenecen a proteínas de las uniones estrechas celulares


INTRODUCCIÓN

Los receptores multiheteroméricos de glutamato, en especial el canal de calcio asociado al complejo macromolecular del receptor de glutamato activado por N-metil-D-aspartato (iGluR-NMDA), se localizan en la membrana pos-sináptica e interactúan con sistemas proteicos intracelulares a través de las cuales modulan la señalización originada por las acciones de los agonistas y co-agonistas en la membrana plasmática (1). A pesar de que las propiedades electrofisiológicas de los iGluR-NMDA y en general de todos los receptores ionotrópicos de glutamato están bien caracterizadas, muchas de sus actividades desencadenan cascadas de señalización son aún desconocidas.

Este artículo resume parte de las investigaciones reportadas en la literatura especializada sobre las proteínas que interactúan con el iGluR-NMDA. Con base en este conocimiento se presenta un modelo estructural y funcional predictivo para mecanismos de agrupamientos proteicos pos-sinápticos que generan diversas rutas o vías de señalización que integradas conforman las cascadas de señalización asociadas a este receptor. La fuente principal para la selección de la literatura con la que se realizó el análisis crítico que origina el modelo aquí presentado fue PubMed (2). Después de identificar los artículos a revisar se obtuvieron en forma completa desde diferentes fuentes como PubMed Central (3), ScienceDirect (4) y directamente de los autores.

EL COMPLEJO iGluR-NMDA

Se han identificado tres tipos de subunidades constitutivas del complejo reconocidas como NR1, NR2 y NR3. Las subunidades tipo NR1 presentan 8 isoformas codificadas por un solo gen con “splicing” alternativo (5); las NR2 tienen 4 subunidades diferentes codificadas cada una por su propio gen (6); las NR3 están constituidas por dos subunidades codificadas por dos genes (7).

Los diferentes arreglos del iGluR-NMDA están ensamblados por lo menos con una copia de una de las variantes de la subunidad NR1 (8), una o más copias de las subunidades NR2 y una o más copias de la subunidad NR3. El complejo total puede tener un peso molecular entre 700 y 900 KDa (9). Es activado por el mayor neurotransmisor excitatorio del sistema nervioso central, el glutamato (10, 11, 12, 13), pero también presenta una serie de co-agonistas como la glicina, la D-serina (14) y moduladores como las poliaminas (15) y el potencial redox del entorno (16); además, es sensible a bloqueadores como el magnesio (17) y el zinc (8).

Es dependiente de voltaje y forma un canal catiónico, principalmente de calcio, de las membranas pos-sinápticas (18). Su función como canal iónico es compleja, ya que realiza simporte o cotransporte paralelo del calcio y el sodio extracelulares que fluyen hacia el medio intracelular y, simultáneamente, un antiporte o cotransporte antiparalelo con el potasio que fluye hacia el medio extracelular. Todas las subunidades del complejo presentan su N-terminal extracelular y el C-terminal intracelular. El dominio transmembranal está constituido por 3-5 estructurales helicoidales dependiendo del tipo de subunidad (19). Este complejo constituye la molécula clave para todos los procesos que ocurren en los tejidos excitables, en particular del sistema nervioso.

Además, presenta una serie de regulaciones génicas que hacen que exista diferenciación de formas del complejo según la zona del cerebro en donde se expresa y la edad del individuo (20, 21). El nivel de expresión, regulado por su promotor, tiene efectos espacio-temporales similares, pero también muestra una alta sensibilidad a interacciones con factores como intoxicaciones con drogas y metales pesados, por ejemplo el plomo, y a restricciones nutricionales (22).

INTERACCIONES PROTEICAS DIRECTAS DEL iGluR-NMDA

Después de reconocer la amplia complejidad del iGluR-NMDA, de ignorar su estequiometría –cuya fórmula básica se puede resumir en [(NR1x)n (NR2Y)m (NR3Z)p ]– y su estructura cuaternaria, desde ahora este macromolecular multiheteromérico se asume como una sola molécula funcional (23). Sus interacciones con otras proteínas se pueden clasificar directas del receptor –o de primer plano– e indirectas –o de segundo plano–, es decir, mediadas por otros tipos de proteínas.

Los tipos de proteínas de las interacciones de primer plano se pueden agrupar en las siguientes familias:

a) proteínas de soporte y adaptadoras.
b) Enzimas, entre las que se han identificado de las familias PKA, PKC, CaM quinasas, fosfatasas, tirosina quinasas y las de la vía de las MAP quinasas.
c) Proteínas específicas de señalización, como las de la familia de las proteínas G.
d) Proteínas de adhesión celular y citoesqueleto.

En las interacciones de segundo plano, es decir, interacciones mediadas por los grupos ya mencionados y originadas en la activación del iGluR-NMDA, se encuentran otros receptores como los metabotrópicos; canales como los de sodio y potasio, y moduladoras de la señalización. En la tabla 1 se presenta un resumen de algunas de las proteínas identificadas que interactúan en primer y segundo plano con el iGluR-NMDA (24).

Tabla 1. Resumen de las proteínas intracelulares que interactúan con el iGluR-NMDA en la estructura pos-sináptica según las familias descritas en el texto

INTERACCIONES PROTEICAS INDIRECTAS DEL iGluR-NMDA

De las interacciones mediadas principalmente por proteínas de soporte, adaptadoras y moduladoras son particularmente importantes las que ocurren con otros receptores, como los receptores metabotrópicos de glutamato (mGluR), ya que están asociados a todas las cascadas de señalización reconocidas ampliamente a través de proteínas G. De manera clásica se clasificaron los receptores de glutamato según interactuaran o no con las proteínas G. A pesar de que no hay interacción directa o de primer plano entre los iGluR-NMDA y las proteínas G esto no implica que no existan interacciones de segundo plano generando vías de señalización que las incluyan. De estas interacciones de segundo nivel también son muy importantes las que ocurren con otras proteínas moduladoras de la señalización (25).

INTERACCIONES DIRECTAS DEL iGluR-NMDA CON PROTEÍNAS DE SOPORTE Y ADAPTADORAS

El gran dominio C-terminal intracelular del iGluR-NMDA ha sido evidenciado como una estructura de anclaje en los microdominios possinápticos en donde, particularmente, son significativas las interacciones con el complejo PSD-95, el mayor componente de las estructuras llamadas PSD o densidades pos-sinápticas (26). Esta estructura proteica pos-sináptica tiene como componentes mayores el PSD-95, el PDZ, el dominio SH3 y la guanilato quinasa asociadas a MAGUKs membranales. Estas pueden contener múltiples dominios PDZ, que median en el ensamblaje de multicomponentes en las redes de señalización, activando por ejemplo la oxido nítrico sintasa neuronal (nNOS) por interacciones de la NR 1 con las PSD-95 y SAP- 90, SAP-97, SAP-102 (27) o PSD-93 y ChapSyn110 (28, 29). Se han reconocido interacciones específicas del iGluR-NMDA con las tres copias del dominio PDZ, un dominio homólogo a la Src 3 (SH) y a una región con alta homología con la guanilato quinasa de levadura (GUK). Las interacciones con esta familia se han postulado muy importantes para la organización estructural y para los sitios de reconocimiento de contacto célula-célula (30).

En algunas situaciones particulares se ha evidenciado que las interacciones del iGluRNMDA con el complejo PSD-95 pueden ser compensadas por interacciones con SAP-102 y ChapSyn110/PSD-93 en células transfectadas con proteínas heterólogas e in vivo, donde los conjuntos de proteínas interactuantes se han podido co-inmunoprecipitar de los lisados celulares (31, 32, 33).

INTERACCIONES DEL iGluR-NMDA VÍA PSD-95 Y PROTEÍNAS ASOCIADAS

Recientemente se ha identificado la proteínan SynGAP co-localizada con el PSD-95 en todas las sinapsis glutamatérgicas excitatorias y en una pequeña proporción en las neuronas inhibitorias. La SynGAP interactúa con la forma activada de Ras ligado a GTP y estimula su actividad de GTPasa. Esta acción es similar a algunas GAPs de Ras más familiares, como la P 120, RasGAP y la neurofibromina (NF1). La SynGAP es fosforilada por el complejo Ca+2/ CaMKII que rápida y reversiblemente inhibe su actividad GAP. Dado que la CaMKII está asociada al PSD y que es el primer blanco del influjo de Ca+ 2 a través del iGlur-NMDA, la SynGAP puede conferir la posibilidad de una coincidencia en la detección del influjo, ligando su activación a la fosforilación, y así la inhibición de la SynGAP incrementaría la actividad de las MAP quinasas (34).

Las proteínas asociadas a PSD-95, PSD-93 y Chapsyn110 han sido identificadas interactuando con la nNOS a través de su dominio PDZ (35). La nNOs es regulada por la Ca +2/CaMKII y constituye un blanco potencial cuando se incrementa el Ca+2 neuronal. Esta interacción se postula como el eje de la excitotoxicidad, pero recientemente se ha presentado también como un mecanismo de regulación de la actividad extracelular del iGluR-NMDA al interactuar el NO liberado al medio extracelular con una de las cisternas expuestas del receptor. Las proteínas PSD, como la PSD-95, se consideran acopladoras de receptores, canales y enzimas gracias a la interacción entre dominios PDZ-PDZ para formar multicomplejos que generan el ambiente propicio para la especificidad en la señalización (36).

Algunos estudios (37, 38) muestran interacciones de las familias de cuatro proteínas denominadas GKAP/SAPAP con el complejo PSD-95. Esta interacción es aparentemente relevante para la conexión del iGluR-NMDA a través de estas proteínas adaptadoras con las de citoesqueleto, sin que esta constituya la única vía para esta interacción.

Se ha aislado un complejo neuroligina-PSD-95 que evidencia la interacción in vivo de estas moléculas vía el tercer dominio de la PZD. Las neuroliginas son una familia de proteínas de la membrana neuronal cuyos dominios extracelulares interactúan con las neurexinas, moléculas neuronales de superficie para generar la adhesión celular. La hipótesis es que la interacción entre las neurexinas y neuroliginas puede ayudar a formar uniones intercelulares (39). Esta interacción del iGluR-NMDA, mediada por estas adaptadoras, permitiría explicar el papel del receptor en las interacciones celulares durante el desarrollo (40).

Se ha aislado otra proteína que interactúa con el PZD-3 del PSD- 95, a la que se denominó citrón y que a su vez interactúa con la pequeña proteína Rac ligadora de GTP. Se cree que la citrón es el blanco para la regulación por Rac y Rho GTPasas (41).

PROTEÍNAS QUINASA ASOCIADAS AL iGluR-NMDA

Una amplia variedad de proteínas quinasa ha sido implicada en la señalización intracelular mediada por iGluR-NMDA, incluyendo la proteína quinasa C (PKC), la CaMKII, las MAP quinasas, la familia Src de tirosina quinasas y las quinasas dependientes de AMPc (PKA). La mayor parte de la evidencia sugiere que, particularmente, dos de estas familias son las más directamente asociadas: la CaMKII y la Src. La CaMKII fue la primera molécula de señalización identificada como el mayor constituyente del PSD (42). El iGluR-NMDA ha sido reconocido como el principal blanco de la CaMKII en el PSD y al menos otras dos proteínas son señaladas como ligadoras de la CaMKII con una alta afinidad: la subunidad NR2B y una proteína de 190 kDa. Adicionalmente al iGluRNMDA, la SynGAP y la densina-180 son blancos de la fosforilación por la CaMKII. En cerebro existen solo dos de las cuatro isoformas naturales de CaMKII, la alfa y la beta (43).

El tejido neural es la fuente más abundante de muchas proteínas quinasa y fosfatasa, y la fosforilación de canales iónicos es el mecanismo más importante para modular la excitabilidad neuronal. El iGluR-NMDA posee sitios consenso de fosforilación sobre dominios intracelulares tipo quinasa, pero depende del influjo de calcio y es el responsable de la potenciación a largo plazo (LTP) como mecanismo inicial del aprendizaje y la memoria que en neuronas presinápticas aumenta la liberación de glutamato incrementando el número de sinapsis glutaminérgicas (44).

También es ampliamente reconocido que la actividad del iGluR-NMDA tiene un punto de regulación en la fosforilación de los residuos intracelulares de tirosina y serina (45). La activación de la familia de las Src incrementa la probabilidad de apertura del canal de calcio asociado, sugiriendo una interacción importante y directa que regula la actividad del mismo (46).

La actividad espacio-temporal de las proteínas quinasa y fosfatasa son reguladas por un intrincado sistema de interacción proteína-proteína en el que influyen directamente las subunidades NR1 en la cual se presenta interacción, básicamente, con PKA y PKC que a su vez se asocian con Yotiao, una proteína de unión a actina, activándola, mientras que la PP 1 la defosforila, inactivándola (47). Ambas quinasas y fosfatasas están localizadas muy cerca de sus sustratos formando multicomplejos de activación-desactivación de las señales PP1 y PP2. Se han reportado fosfatasas de interacción con la NR 3A. Muchos estudios relacionan la fosforilación con la plasticidad sináptica y el aprendizaje, ya que potencian la LTP, mientras que la actividad de fosfatasas se asocia con depresión a largo plazo (LDT); es decir, la coordinación fosforilación-defosforilación modula la plasticidad (7).

INTERACCIONES DEL iGLurNMDA CON PROTEÍNAS DEL CITOESQUELETO Y DE ADHESIÓN CELULAR

Los filamentos de actina se encuentran altamente concentrados en las densidades pos-sinápticas y su estado de polimerización está íntimamente asociado con la actividad del canal del iGluRNMDA. Se ha identificado una proteína intermedia en esta interacción a la que se la denominó ?-actinina 2 que pertenece a la familia de las espectrinas/destrofinas y es capaz de ligar a la Ca +2/calmodulina. La ?-actinina 2 y la calmodulina compiten por el mismo sitio de interacción con iGluR-NMDA en el sitio sensible a interacción con Ca+2, esto implica que las concentraciones locales de calcio regulan el estado de acoplamiento del iGluR-NMDA al citoesqueleto (48).

La proteína Yotiao es un partícipe, cuya función aún no es completamente clara, que incrementa la agregación y complejidad de la interacción iGluR-NMDA/citoesqueleto. Además, el iGluR-NMDA se conecta indirectamente con los microtúbulos vía de la proteína llamada CRIPT que, específicamente, interactúa con el tercer dominio de la PZD del PSD-95. Particularmente se reconoce la interacción del receptor con la b-tubulina (49). Otra interacción entre el iGluR-NMDA y los microtúbulos está mediada a través del dominio GK de la Chapsyn 110/PSD-93 que tiene la habilidad de ligar la MAP 1A asociada a los microtúbulos (50).

La activación de calmodulina dependiente de calcio se da por la CaMKII. El calcio se une a la calmodulina formando un complejo, CaMCa4, considerado un segundo mensajero que activa la ?-CaMKII que a su vez actúa con proteínas de citoesqueleto tipo ?-actina, miosina V y f-actina. Sin embargo, ??y las formas ?-CaMKII también puede interactuar con ?-actinina por la fracción C-terminal o dominio de quinasa independiente de calcio por autofosforilación; a su vez, la ?-actinina puede unir otro tipo de proteínas como f-actina, densina-180, las subunidades NR1 y NR2B. a-actinina también puede formar complejos terciarios con CaMKII y densina-180, mientras que CaMKII y calmodulina forman complejos por la unión con NR1; por esta razón, a-actinina puede considerarse un regulador de la interacción de las CaMKII con otras proteínas (51, 52).

Las CaMKII en neuronas presinápticas están relacionadas con asociaciones a vesículas sinápticas y sinaptina 1 por fosforilación, y en neuronas pos-sinápticas con interacciones Ca+2- calmodulina con la interacción con NR1 y NR2B que requiere autofosforilación (53).

INTERACCIONES DEL iGLurNMDA CON MOLÉCULAS DE SEÑALIZACIÓN NUCLEAR

La neurotransmisión está acoplada a la inducción de genes por vías de señalización que activan el elemento de respuesta a cAMP (CREB) que influye en la transcripción de genes como cfos, zif/268, sinaptina I, junB y genes que se relacionan con aprendizaje y memoria. También el Ca+2 que entra al núcleo puede activar quinasas nucleares que activan CREB (54, 55). Ambos mecanismos se dan en neuronas en diferentes circunstancias. Otros posibles mecanismos reportados están relacionados con la interacción de otras moléculas de señalización como NO, cGMP, PKG y proteínas quinasa dependientes de Ca+2/calmodulina.

El aumento de la concentración de Ca+2 intracelular activa también vías de señalización que inducen la expresión de genes esenciales para el desarrollo dendrítico, supervivencia neuronal y plasticidad sináptica. Además de las vías ilustradas para CREB se ha reportado MEF-2 particularmente responsable de la actividad de receptores dependientes de voltaje entre los que se describe el iGluR-NMDA debido a la presencia de un motivo “IQ” que promueve la interacción Ca+2/calmodulina. Cuando la concentración de Ca+2 intracelular disminuye ligeramente, se activan las vías de señalización mediadas por MAP quinasas (53).

MODELO PROPUESTO

Con base en las interacciones descritas es evidente que la generación de una corriente excitatoria pos-sináptica a través de un receptor ionotrópico glutamatérgico como el iGluRNMDA es más complejo que la sola interacción del agonista con la molécula.

Teniendo en cuenta que todas las vías de señalización propuestas interactúan íntimamente entre sí en algún nivel de sus actividades, se propone que, dependiendo directamente del influjo de calcio a la estructura post-sináptica, se pueden presentar algunas de las siguientes tres rutas:

1. La ruta que mediada por proteínas de soporte y adaptadoras activa y regula otros receptores, canales y proteínas que usualmente han sido descritas como ruta normal a través de proteínas G. Esta ruta está especializada en:

a. Desencadenar los procesos vinculados al iGluR-NMDA que conllevan respuestas en las que se activan otros receptores para actuar en forma sincrónica con los canales de Na+/K+.
b. Mecanismos mediados por los receptores metabotrópicos que involucran señalización a través del sistema de proteínas G.
c. Otros receptores ionotrópicos para regular los flujos catiónicos. Esta ruta es responsable, principalmente, de mantener la homeóstasis del sistema para que el complejo de receptores opere normalmente; es decir, mantener el potencial de membrana, las diferencias de concentraciones intra y extracelulares de iones, el balance del metabolismo energético, entre otros.

2. La ruta que se desencadena directamente a través de fosforilaciones y transmite su mensaje a diferentes niveles, siendo el más íntimo el que alcanza las regulaciones génicas y expresión de proteínas de novo que participarán en diferentes procesos. Esta ruta es también vinculada a procesos energéticos de donde se derivan los grupos fosfato, así como la regulación de radicales libres a través de la mediación regulada de la nNOS; es una de las rutas que, posiblemente, se afecta más durante las condiciones de estrés oxidativo asociadas a la aparición de enfermedades neurodegenerativas.

3. La vía que interactúa con el citoesqueleto y sus proteínas asociadas para modificar la forma de la célula misma. Esta ruta se relaciona con todos los procesos de plasticidad y sinaptogénesis y, en consecuencia, es fundamental para los procesos de aprendizaje y memoria. La figura 1 presenta un modelo básico de las posibles rutas de señalización diferencial del iGluR-NMDA, sus posibles resultados mayores, así como la integración entre las diferentes rutas a varios niveles de las mismas para dar origen a la cascada completa.

Figura 1. Esquema de las rutas de señalización diferencial propuestas para el iGluR-NMDA

Los procesos se separarían temporalmente así: de corto plazo, las que van a través las vías de fosforilación o modificaciones covalentes; de mediano plazo, las que actúan sobre citoesqueleto; de largo plazo, a las señalizaciones que modifican o activan la regulación génica. Aunque la segunda parte de la hipótesis del modelo asume que la temporalidad y direccionalidad de la señalización dependen de los influjos de calcio, aún no es claro cuáles son los umbrales para diferenciar cada ruta específica de señalización. Se están diseñando evaluaciones experimentales para validar este aspecto.

Por otro lado, aún no se conocen todas las posibles interacciones que se generan por alteraciones en los procesos normales de señalización y que apenas están siendo objeto de estudios detallados por medio de la proteómica (24, 56, 57). Con los datos que surjan de estos estudios será posible comprender y mejorar la calidad de este modelo, de tal forma que sea posible intervenir en dichas cascadas de señalización, alteradas en las patologías, para recuperar el funcionamiento normal del receptor.

A pesar de que las rutas de señalización distan de ser lineales, esto es, con una única interacción entre las proteínas involucradas, y constituyen realmente un red intrincada de interacciones ordenadas y algunas de ellas simultáneas –es decir, que un miembro de la cascada puede estar participando simultáneamente en más de una interacción que producirá en la neurona efectos diferentes que dependen de con quién realice la interacción, como se pretende mostrar en una forma por demás simple en el modelo propuesto– es posible describir, en una primera aproximación, las interacciones principales de cada cascada que se desencadena por la activación del iGluR-NMDA. Esta aproximación se presenta a continuación, aclarando que muchas de las proteínas que se citarán en este parágrafo no fueron discutidas en el texto, pues su consideración sobrepasa la capacidad del mismo.

Una de las muchas rutas posibles del acápite 1 del modelo propuesto incluyen secuencias como:

iGluR-NMDA ® CaMKII ® CaM ® SynGAP ® Ras/Rap2 ® Ca+2-ATPasa ® CaM ® ChapSyn110 ® PSD-95 ® canal de K+ ® PSD-95 ® Sank ® GKAP ® PLCgPLA2 ® Proteínas G ® mGluR1

Para el acápite 2 una de las rutas posibles es:

iGluR-NMDA ® PSD-95 ® CaM ® MAPK ® RSK ® CaMKIV ® ELK1 ® SRF ® Fos ® Jun ® CREB ® TBP ® POLR2

Para el acápite 3 del modelo propuesto una ruta posible es:

iGluR-NMDA ® CaM ® Yotiao ® PKA-c ® PKA-R2β ® α-actina2/espectrina ® F-actina ® Miosina

Otra posibilidad para el acápite 3 es:

iGluR-NMDA ® CaMKII ® CaM ® SynGap ® PSD-95 ® MAP1 ® Tubulina ® MAP2B ® F-actina

El hecho de haber tenido que introducir proteínas no referenciadas en el texto para poder completar alguna de las posibles rutas de señalización, iniciadas por la activación del iGluRNMDA, pone de presente la gran complejidad del proceso de señalización neuronal y evidencia la posible utilidad del modelo al poder, con base en él, aislar un conjunto de cascadas y estudiarlas independientemente de las demás para que, una vez se haya establecido el conocimiento sobre el mecanismo intrínseco, se puedan iniciar los estudios de interacciones de todas las cascadas y comprender mejor el papel del receptor, con la posibilidad de encontrar formas de regularlo con estímulos basados en sustancias exógenas administradas en forma controlada.

AGRADECIMIENTOS

Este trabajo fue posible gracias al apoyo de la Vicerrectoría Académica de la Pontificia Universidad Javeriana a través del proyecto “Modelo para simular la homeóstasis del calcio debido a un influjo incrementado a través del canal asociado al receptor NMDA”, con registro número 880.


REFERENCIAS

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