La vía del AMP cíclico

El adenosina cíclica 3′,5′-monofosfato (AMPc) fue el primer segundo mensajero que se identificó y desempeña un papel fundamental en las respuestas celulares a muchas hormonas y neurotransmisores (Sutherland y Rall 1958). Los niveles intracelulares de AMPc están regulados por el equilibrio entre las actividades de dos enzimas (ver Fig. 1): la adenilil ciclasa (AC) y la fosfodiesterasa de nucleótidos cíclicos (PDE). Las diferentes isoformas de estas enzimas están codificadas por un gran número de genes, que difieren en sus patrones de expresión y mecanismos de regulación, generando respuestas específicas al tipo de célula y al estímulo (McKnight 1991).

La mayoría de las ACs (las ACs reguladas por bicarbonato soluble son la excepción) se activan aguas abajo de los receptores acoplados a proteínas G (GPCRs) como el adrenoceptor β mediante interacciones con la subunidad α de la proteína Gs (αs). La αs se libera de los complejos heterotriméricos αβγ de la proteína G tras la unión de ligandos agonistas a los GPCRs (por ejemplo, epinefrina en el caso de los adrenoceptores β) y se une a la AC y la activa. Las subunidades βγ también pueden estimular algunas isoformas de AC. El AMPc generado como consecuencia de la activación de la AC puede activar varios efectores, el más estudiado de los cuales es la proteína quinasa dependiente de AMPc (PKA) (Pierce et al. 2002).

Alternativamente, la actividad de las ACs puede ser inhibida por ligandos que estimulan los GPCRs acoplados a Gi y/o el AMPc puede ser degradado por las PDEs. De hecho, tanto las ACs como las PDEs están reguladas positiva y negativamente por otras numerosas vías de señalización (ver Fig. 2), como la señalización de calcio (a través de la calmodulina , CamKII, CamKIV, y calcineurina ), subunidades de otras proteínas G (por ejemplo, αi, αo, y proteínas αq, y las subunidades βγ en algunos casos), lípidos de inositol (por PKC), y receptores tirosina quinasas (a través de la ERK MAP quinasa y PKB) (Yoshimasa et al. 1987; Bruce et al. 2003; Goraya y Cooper 2005). La interacción con otras vías proporciona una mayor modulación de la fuerza de la señal y de la especificidad del tipo de célula, y la señalización de avance de la propia PKA estimula la PDE4.

Hay tres efectores principales del AMPc: La PKA, el factor de intercambio de guanina-nucleótidos (GEF) EPAC y los canales iónicos activados por nucleótidos cíclicos. La proteína cinasa (PKA), el objetivo mejor conocido, es un complejo simétrico de dos subunidades reguladoras (R) y dos catalíticas (C) (existen varias isoformas de ambas subunidades). Se activa por la unión de AMPc a dos sitios en cada una de las subunidades R, lo que provoca su disociación de las subunidades C (Taylor et al. 1992). La actividad catalítica de la subunidad C es disminuida por un inhibidor de la proteína quinasa (PKI), que también puede actuar como chaperona y promover la exportación nuclear de la subunidad C, disminuyendo así las funciones nucleares de la PKA. Las proteínas de anclaje de la PKA (AKAPs) proporcionan especificidad en la transducción de la señal del AMPc colocando la PKA cerca de efectores y sustratos específicos. También pueden dirigirla a localizaciones subcelulares concretas y anclarla a ACs (para la activación local inmediata de la PKA) o a PDEs (para crear bucles locales de retroalimentación negativa para la terminación de la señal) (Wong y Scott 2004).

Se ha identificado un gran número de proteínas citosólicas y nucleares como sustratos de la PKA (Tasken et al. 1997). La PKA fosforila numerosas enzimas metabólicas, entre ellas la glucógeno sintasa y la fosforilasa quinasa, que inhiben la síntesis de glucógeno y promueven su descomposición, respectivamente, y la acetil CoA carboxilasa, que inhibe la síntesis de lípidos. La PKA también regula otras vías de señalización. Por ejemplo, fosforila y, por tanto, inactiva la fosfolipasa C (PLC) β2. Por el contrario, activa las MAP quinasas; en este caso, la PKA promueve la fosforilación y disociación de una tirosina fosfatasa inhibidora (PTP). La PKA también disminuye las actividades de Raf y Rho y modula la permeabilidad de los canales iónicos. Además, regula la expresión y la actividad de varias ACs y PDEs.

La regulación de la transcripción por parte de la PKA se consigue principalmente mediante la fosforilación directa de los factores de transcripción proteína de unión al elemento de respuesta al AMPc (CREB), modulador de respuesta al AMPc (CREM) y ATF1. La fosforilación es un acontecimiento crucial porque permite a estas proteínas interactuar con los coactivadores transcripcionales proteína de unión a CREB (CBP) y p300 cuando se unen a los elementos de respuesta al AMPc (CRE) en los genes diana (Mayr y Montminy 2001). El gen CREM también codifica el potente represor ICER, que retroalimenta negativamente la transcripción inducida por el AMPc (Sassone-Corsi 1995). Nótese, sin embargo, que el panorama es más complejo, porque CREB, CREM y ATF1 pueden ser fosforilados por muchas quinasas diferentes, y la PKA también puede influir en la actividad de otros factores de transcripción, incluyendo algunos receptores nucleares.

Además de la regulación negativa por señales que inhiben la AC o estimulan la actividad de la PDE, la acción de la PKA es contrarrestada por proteínas fosfatasas específicas, incluyendo la PP1 y la PP2A. A su vez, la PKA puede regular negativamente la actividad de las fosfatasas fosforilando y activando inhibidores específicos de la PP1, como I1 y DARPP32. La fosforilación promovida por la PKA también puede aumentar la actividad de la PP2A como parte de un mecanismo de retroalimentación negativa.

Otro importante efector del AMPc es EPAC, un GEF que promueve la activación de ciertas pequeñas GTPasas (por ejemplo, Rap1). Una función importante de Rap1 es aumentar la adhesión celular a través de los receptores de integrina (no está claro cómo ocurre esto) (Bos 2003).

Por último, el AMPc puede unirse y modular la función de una familia de canales iónicos activados por nucleótidos cíclicos. Estos son canales de cationes relativamente no selectivos que conducen el calcio. El calcio estimula la CaM y las quinasas dependientes de la CaM y, a su vez, modula la producción de AMPc regulando la actividad de las AC y las PDE (Zaccolo y Pozzan 2003). Los canales también son permeables al sodio y al potasio, lo que puede alterar el potencial de membrana en células eléctricamente activas.

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