SEÑALIZACIÓN GENERADA POR FOSFOLÍPIDOS Y CALCIO (III): EL CALCIO COMO MENSAJERO SOLUBLE

Cuando hablamos de movilización del calcio y de regulación, en realidad nos referimos a los mecanismos de su almacenamiento y transporte. El objetivo será conocer como transportamos ese calcio de un compartimento a otro. Los cambios de Calcio pueden ser de diferente índole y magnitud, puntuales o importantes, y se pueden transmitir.

FLUJOS CELULARES DEL CALCIO

En el citoplasma, el calcio siempre se encuentra a niveles muy bajos, del orden de 0,1μM. ¿Como podemos variar esa concentración?

• Flujo de entrada de Calcio: Encontramos una gran concentración de calcio a nivel del RE (Retículo Endoplasmático), hasta 0,4 mM, el cual está generalmente ligado a proteínas como la Calsecuestrina o la Calreticulina (cada proteína puede albergar hasta unos 50 iones de calcio). Esta unión es de carácter reversible, y se puede deshacer. Entonces, el calcio podrá abandonar el RE y llegar al citoplasma saliendo por RyR y IP₃R. El medio externo aún es más rico en calcio (alberga una concentración del orden de 1 o 2mM), y también sirve como reservorio de este. El calcio extracelular podrá entrar por canales regulados.
• Flujo de salida de Calcio: Una vez ha actuado el Calcio, y sus niveles a nivel citoplasmático se han visto incrementados, la célula deberá volver a sacarlo del citoplasma, puesto que unos niveles demasiados elevados de este ion pueden llegar a ser tóxicos y desencadenar procesos de muerte celular. Una ruta de salida será el bombeo (conta gradiente) de la proteína SERCA hacia el RE (requerirá de gasto energético). También, a través de PMCA (otra bomba de calcio que requerirá gasto energético directo), o un transportador antiporte (entran 3Na⁺ y sale Ca²⁺) podremos enviar Calcio al medio extracelular.

Flujo del Calcio celular

DETECCIÓN DEL CALCIO

Para poder detectar los niveles de Calcio, teniendo en cuenta que este se encuentra a muy poca concentración, será necesario que contemos con métodos muy sensibles:

• Fluorescencia: Usaremos un compuesto llamado Quin-2 (o también existe FURA). Se trata de un compuesto de carácter lipofílico que podrá atravesar la membrana citoplasmática. Una vez dentro de la célula, y debido a la acción de ciertas enzimas citosólicas, se verá alterada su naturaleza lipofílica (pasará a ser hidrofílica), y no podrá escapar de la célula. Además, cuando se incrementen los niveles de Calcio citoplasmático, la sonda lo detectará, produciendo un pico. La bajada de ese pico indicará el proceso contrario, la movilización del calcio citoplasmático hacía otros compartimentos o el mismo medio extracelular.
• Luminiscencia: Más moderno, se basa en una proteína llamada AEQUORINA, la cual emite luminiscencia cuando se une al Calcio. Se puede introducir a la célula mediante un vector de expresión, y además, podemos configurar a ese vector para que se exprese únicamente en un compartimiento concreto de la célula, o a muchos pero con diferentes tonalidades d color, pudiendo así describir aun mejor el mecanismo de transporte de calcio a nivel celular.

CALCIO Y RETICULO ENDOPLASMÁTICO

Existen dos transportadores/recetores que median la salida del Calcio del RE.

IP₃R:

• Canal de Calcio homotetramérico.
• Existen dos tipos diferentes, R1 y R2, con un 69%de homología.
• Un lugar de unión a IP₃ y otro al Calcio por subunidad.
• Especificidad por el ligando: I(1,4,5)P₃, los fosfatos 4 y 5 son claves para el reconocimiento.
• Unión a Calcio citoplasmático, lo cual puede modular la respuesta y acción del trasportador. Si la concentración es muy elevada, mM, perderá sensibilidad, si la concentración es pequeña, μM, la ganará.

RYR:

• Canal de Calcio homotetramérico.
• Existen 3 tipos: RyR1, RyR2, y RyR3.
• Se encuentran el en Retículo endoplasmático y en el sarcoplasmático.
• No responden a IP₃, pero si al Calcio citoplasmático.
• Pueden responder a alcaloides (de forma positiva a la cafeína, y de forma positiva o negativa a la ryanodina, origen de su nombre).
• Presentes en muchos tipos celulares, los mecanismos de su regulación varían según el tejido, aunque es muy importante la regulación del propio calcio citoplasmático (activación o inhibición dependiendo de la concentración de este).

Destacar que se han descrito dianas de fosforilación para ambos transportadores, lo que indica que la fosforilación puede servir como modulador de su actividad.

CALCIO Y EL MEDIO EXTRACELULAR

Existen varios tipos de canales de Calcio que regulan el transporte entre el citoplasma y el medio extracelular:

• Canales de Calcio regulados por el voltaje: Se abren en respuesta al potencial de acción de la membrana celular (abiertos entre -30 y +30mV, célula en reposo tendrá un PA de aproximadamente -90mV).
• Canales de Calcio regulados por el receptor: Tenemos dos tipos, los receptores/canal, como el caso del receptor de glutamato (neurotransmisor), o los receptores regulados por segundos mensajeros (ej: AMPc o GMPc) o proteínas G.
• Canales de Calcio regulados por la concentración de Calcio en el RE: Son los llamados SOCs (Store-Operated-Channel). Están regulados por la concentración del ion a nivel del RE. Parece ser que STIM, una proteína de membrana del RE, cunado disminuye la concentración de calcio a nivel del retículo, cambia la conformación e interacciona con SOCs, lo que permite la entrada de Calcio, que activará otros procesos, aunque aún no se conoce demasiado bien el mecanismo. Herramientas experimentales para estudiar su regulación: Thapsigargina, un inhibidor de SERCA, Lonomycina, ionóforo de calcio a nivel del RE, RETPEN, un agente quelador liposoluble que secuestra el calcio a nivel del RE.

Esquema de la regulación de SOC