Comunicación Celular: Mensajeros Químicos

Comunicación Celular: Mensajeros Químicos
Por Daniela Guerrero y Claudia Mejías.

A) NECESIDAD DE LA COMUNICACIÓN CELULAR

Una de las características esenciales de los seres vivos es su capacidad de ajustarse a las condiciones que les presenta el medio; a esta característica se la llama plasticidad. Dicha plasticidad es vital para las células, ya que, de no existir, sus posibilidades de sobre vivencia serían muy escasas. De hecho, la extinción de una especie indica que se sobrepasó su capacidad de ajuste. Imagínese por un momento a una célula o a un organismo sencillo en un medio específico; ahora, lo colocamos en otro de composición diferente. ¿Qué sucederá? En primer lugar, el organismo deberá percatarse del cambio y luego realizar los ajustes necesarios para continuar llevando a cabo sus funciones fundamentales. Ello implica que tiene la capacidad de "percibir", "escuchar" o "sentir" los cambios que se producen y de "responder" a ellos.
Si pensamos en organismos más complejos, como nosotros, por ejemplo, se verá que las células que nos forman se encuentran rodeadas por un medio (el líquido extracelular o medio interno), cuya composición varía, aunque dentro de límites relativamente estrechos. Estas células también están "escuchando" y "respondiendo" a dichos cambios. Ahora bien; si consideramos al individuo como un todo, nos resulta obvio que el conjunto de células que lo forman debe responder en una forma global, coordinada y armoniosa. Dado que estamos pensando en millones de células, dicha coordinación y armonía sólo puede lograrse mediante un amplísimo sistema de comunicación celular. Pongamos un ejemplo: imaginemos a un ilustre capitalino gozando de unas merecidas vacaciones en una de las hermosas playas de nuestra República Mexicana. Nuestro capitalino está cómodamente recostado disfrutando del Sol y las bellezas del lugar; de repente, observa que el oleaje aumenta y que va a ser cubierto por el mar. Es evidente que no permanecerá tranquilo, de inmediato parecerá que los ojos se salen de sus órbitas; la frecuencia y la fuerza de contracción de su corazón aumentarán, así como la amplitud de su respiración. Instantes después, hará todos los movimientos necesarios para poner "pies en polvorosa", alejándose del peligro. Además, le ocurrirán muchísimos otros cambios, la mayoría totalmente imperceptibles para él, pero sumamente importantes para permitir la respuesta global de su organismo: aumentará su tensión arterial, su sudoración, la concentración de combustibles (como los azúcares y las grasas) en su sangre, etc. Se diría que casi la totalidad de sus células se enteraron del acontecimiento y respondieron coordinadamente. Pero ¿cómo se enteraron? Esto ocurrió a través de una enorme, rápida y compleja red de comunicación celular, que se realiza y coordina por medio de dos grandes sistemas: el sistema nervioso y el sistema hormonal o endocrino. Ambos operan básicamente por medio de mensajes químicos.

B) ¿TODAS LAS CÉLULAS SE COMUNICAN?
Cabe aclarar un aspecto importante. Podría pensarse que sólo los organismos complejos, pluricelulares, establecen comunicación, pero no es así. Muchos organismos sencillos, unicelulares, también lo hacen. Como en el caso de algunos mohos que pueden vivir tanto en forma unicelular (amiboidea) como formando estructuras más complejas (el moho propiamente dicho), dependiendo de las condiciones que se les presenten. En este ejemplo, las células libres detectan los cambios en el medio y secretan mensajeros. Estos mensajeros llegan a otras células que, en respuesta, se agregan y se van diferenciando hasta formar las estructuras del moho.
Decíamos anteriormente que en los organismos pluricelulares la comunicación se realiza y coordina por medio de dos sistemas: el nervioso y el endocrino u hormonal. En realidad la interrelación entre ambos es tan estrecha, que pueden considerarse como uno solo: el gran sistema neuroendocrino. Este sistema capta los cambios en el medio externo, ajusta el medio interno y permite la acción de cada célula de forma tal que la respuesta global se integre. Es éste, pues, el comunicador y coordinador por excelencia. Sin embargo, considerar que el sistema neuroendocrino sólo interviene en la comunicación sería un grave error. En realidad hay comunicación celular entre todas las células y en todos los ámbitos como se verá más adelante. Por ejemplo, cuando nos enfrentamos a una infección hay una respuesta neuroendocrina global, pero además los muy diversos tipos de células de nuestro sistema inmune realizan una enorme labor para combatirla. En esta lucha participa una intrincadísima red de comunicación celular.

C) FORMAS EN LAS QUE OPERA LA COMUNICACIÓN CELULAR
Ahora se analizarán brevemente las seis principales formas en que opera la comunicación celular

I) En el caso de la comunicación endocrina u hormonal, las células de las glándulas de secreción interna (como la hipófisis, la tiroides, los islotes del páncreas, las suprarrenales, los ovarios y los testículos) vierten su mensajero, es decir, las hormonas, al torrente circulatorio. Una vez en la sangre, estas hormonas circulan por todo el organismo e interactúan con algunas células que son "receptoras" para un mensajero dado, las cuales se llaman "células blanco". Ello indica que el mensajero es selectivo, esto es, que va dirigido únicamente a algunas células que pueden "escucharlo". Más adelante se verá de qué depende esta capacidad de "audición selectiva" de las células.
2) En la neurotransmisión, es decir, la comunicación química a través de las células nerviosas, las neuronas con sus largos axones están muy cercanas a las células con las que se comunican. La membrana externa de la neurona está "casi en contacto" con la membrana externa de la célula. Este "casi contacto" es una estructura especializada a la que llamamos sinapsis; en ella hay un espacio (el espacio sináptico) que separa a una célula de la otra. El flujo o sentido de la información es unidireccional y va de la neurona, o célula presináptica (que está antes de la sinapsis), a la célula receptora o postsináptica. En esta forma de comunicación, la célula presináptica vierte su mensaje (al cual llamaremos neurotransmisor) al espacio sináptico, y éste viaja e interacciona con la célula postsináptica, la cual lo recibe y responde.
3) Existe una variedad de comunicación que es una mezcla de las dos anteriores: la llamada secreción neuroendocrina o neurosecreción. En este caso, una célula formada a partir de tejido nervioso secreta su mensaje a la circulación. La neurohormona viaja en el torrente sanguíneo para interaccionar con células receptoras o "blanco".
4) La comunicación que se produce entre células relativamente cercanas, sin que para ello exista una estructura especializada (como es el caso de la sinapsis), recibe el nombre de paracrina. Esta comunicación tiene un carácter netamente local. Pongamos un ejemplo: imagínese que ocurre la ruptura de un pequeño vaso sanguíneo; inmediatamente se produce la liberación de algunos compuestos (mensajeros) que ocasionan una agregación de plaquetas en el sitio de ruptura. Las plaquetas, a su vez, secretan una serie de mensajeros que van a producir nuevos efectos: harán que otras plaquetas se agreguen, favoreciendo la formación de un coágulo, y estimularán la contracción de las células musculares del vaso sanguíneo. Todo ello es un organizado sistema de señales intercelulares tendientes a un fin específico: impedir la pérdida de sangre. Nótese que se ha hablado de comunicación entre varios tipos de células: las que cubren la superficie del vaso sanguíneo (endotelio), de las plaquetas y de las células musculares del mismo vaso. Hay muchas otras células que participan en este fenómeno y que para simplificar no se han mencionado. Es un proceso sencillo, local, y también se ha hablado de comunicación entre varios tipos de células mediante diversos mensajeros. Algunos de éstos son las llamadas hormonas locales o mediadores locales; se les ha dado el nombre de autacoides (que proviene del griego autos = propia y akos = remedio, y que pretende dar la idea de que son sustancias que se producen en el mismo organismo para su propia curación o alivio).
5) Comunicación yuxtacrina es el nombre que el doctor Joan Massagué ha dado a una forma de comunicación que existe entre células adyacentes, donde hay moléculas andadas a la cara externa de la superficie de una célula que hacen contacto con sreceptores localizados en la membrana de una célula contigua. Es interesante que, a diferencia de los otros sistemas, este factor esté anclado y por lo tanto no difunde en el medio. Quizá el mejor ejemplo para ilustrar este tipo de comunicación es el que ejerce el Factor de Crecimiento y Transformación alfa (TGF-a) que como su nombre indica, es un importante mensajero que regula el crecimiento y la diferenciación de muchas células.
6) Por último, existe la autocomunicación o comunicación autocrina, en la que una célula se comunica consigo misma, es decir, establece una especie de monólogo. Esta forma de comunicación podría parecer extraña, pero es muy importante. Véanse los siguientes ejemplos: a) se comentó, algunos párrafos arriba, que en la neurotransmisión la célula presináptica libera al mensajero para que actúe sobre la célula postsináptica; ahora bien, este mismo mensajero va a actuar sobre la célula presináptica (o sea aquella que lo liberó) para "avisarle" que todavía hay neurotransmisor en el espacio sináptico y así evitar una nueva descarga de mensajero; b) algunas células que liberan factores de crecimiento y proliferación, que actúan sobre ellas mismas, favoreciendo que se multipliquen. En algunos tipos de cáncer las células producen estos factores en forma continua, no controlada, lo cual hace que estas células se reproduzcan desordenadamente.

D) ¿EXISTE UN TIPO DE MENSAJERO PARA CADA VARIEDAD DE COMUNICACIÓN CELULAR?
Vale la pena mencionar aquí que las células son sumamente versátiles y eficientes, de modo que una misma sustancia puede participar en varias de estas formas de comunicación. Analicemos, por ejemplo, el caso de la adrenalina (o epinefrina). Esta sustancia es una hormona producida por la médula de la glándula suprarrenal (comunicación endocrina), pero también es un neurotransmisor que actúa sobre células postsinápticas (neurotransmisión) y sobre la misma célula que la liberó (comunicación autocrina en un sentido general).
Otro caso interesante es el del Factor de Crecimiento y Transformación alfa al que ya me he referido en un párrafo anterior. Decíamos que este factor se encuentra anclado a la membrana de algunas células para realizar la comunicación yuxtacrina; sin embargo, existen condiciones en que la célula lo libera para que actúe no sólo sobre la célula inmediata adyacente, sino que difunde por el medio extracelular para actuar sobre otras células cercanas (comunicación paracrina). Se podría pensar que la célula ha usado una misma sustancia para realizar diferentes trabajos; de hecho así es, aunque esencialmente es uno solo: servir como vehículo de comunicación celular.
Otro aspecto interesante es que una misma célula puede ser sujeto de varios de estos tipos de comunicación.

E) ¿CÓMO SON LOS MENSAJEROS CELULARES?
Las sustancias que participan como mensajeros celulares pueden tener una naturaleza química muy variada; sin embargo, se pueden agrupar en tres clases fundamentales: los lípidos (entre los que se encuentran los esteroides y las prostaglandinas) los de naturaleza polipeptídica y las aminas.
Los esteroides son lípidos con una estructura química semejante a la del colesterol; de hecho, se sintetizan en las diversas glándulas a partir del colesterol. Entre los esteroides más importantes tenemos los siguientes: a) las hormonas sexuales masculinas y femeninas, b) los esteroides producidos por la corteza de las glándulas suprarrenales que regulan el metabolismo de la glucosa (cortisol y cortisona) y el manejo de iones como el sodio y el potasio (aldosterona), y c) una vitamina que es una prohormona: la vitamina D o calciferol.
En la figura se ilustran las estructuras químicas del colesterol, de una hormona sexual femenina y de una hormona sexual masculina. Estas hormonas se encargan de la maduración del organismo para que pueda efectuar sus funciones reproductivas; son en gran parte responsables de las diferencias que se observan entre machos y hembras de una misma especie, es decir, del dimorfismo sexual. Un experimento sencillo que se realiza frecuentemente en los laboratorios de enseñanza media es administrar hormonas sexuales masculinas a pollitos de pocos días de nacidos. Lo que se observa es que después de algunas semanas se produce en ellos un desarrollo precoz. No ocurre lo mismo si se administra colesterol u otra hormona, lo cual nos lleva a una consideración importante. Si se observan las estructuras de la figura 2 se notará que existen muchísimas semejanzas; de hecho, a primera vista, las fórmulas son muy parecidas, pero producen efectos muy diferentes, esto es, llevan mensajes diferentes. Pensemos en la sutil capacidad de reconocimiento de las células para lograr diferenciar estas substancias y que se produzcan los efectos deseados.
Otro tipo de hormonas son los polipéptidos. Estos compuestos están formados por la unión de muchos aminoácidos, los cuales se unen unos con otros mediante un enlace que llamamos peptídico (de ahí el nombre de polipéptidos, muchos enlaces peptídicos); cuando los polipéptidos son muy grandes (es decir, que rebasan un cierto peso molecular) se les llama proteínas. Dentro del grupo formado por los polipéptidos y las proteínas existen muchos tipos diferentes de mensajeros, como la insulina, el glucagon, la hormona antidiurética, la oxitocina, la angiotensina, los factores de liberación de las hormonas hipofisiarias, las endorfinas, los factores de crecimiento y de transformación, etc. Las células también tienen la capacidad de distinguir a todos estos mensajeros. Esta capacidad puede llegar a ser tan exquisita como para poder diferenciar el cambio en un solo aminoácido. Hagamos una analogía para hacerlo más claro; compárese al mensajero con una pared formada por múltiples ladrillos (los aminoácidos), la cual tiene discretas diferencias en color y forma; una célula puede distinguir entre dos "paredes" en las que la disparidad está en un solo "ladrillo". Esta capacidad de distinguir entre los muchos mensajeros puede ser absoluta, como en los casos anteriores; o relativa, es decir; en un caso dado, una célula puede "confundir" a un mensajero "A" con uno "B", principalmente cuando las cantidades del mensajero son grandes.
Otro tipo de hormonas son las aminas, compuestos que contienen nitrógeno unido a dos hidrógenos (-NH2). Dentro de los mensajeros que son aminas hay algunos aminoácidos como el glutámico, el aspártico y la glicina, y productos del metabolismo de aminoácidos, esto es, de su transformación en el organismo. Entre estos últimos están las hormonas tiroideas, la adrenalina, la serotonina, la histamina y la dopamina, entre otros. Además hay algunos compuestos sencillos como la acetilcolina.
La mayoría de estos mensajeros fueron descubiertos entre 1890 y 1930 en extractos de glándulas. Al mejorarse las técnicas bioquímicas pudieron ser purificados; esto ocurrió entre 1920 y 1960, y su estructura química fue determinada entre 1930 y 1970. Por ejemplo, hace 100 años, en 1895, Oliver y Schäfer descubrieron que un extracto de glándula suprarrenal era capaz de incrementar la tensión arterial; en 1899, Abel bautizaba al principio activo, es decir, a la sustancia responsable del efecto, con el nombre de epinefrina (adrenalina), y ya en 1901 su estructura era conocida. Pero no todo esto es obra de un pasado relativamente remoto; no fue sino hasta 1931 que dos ginecólogos estadounidenses, Kurzrok y Lieb, descubrieron que el semen producía la contracción de tiras de útero. Años más tarde, en 1935, Euler y Goldblatt reportaron que esta actividad se observaba también en el líquido de la próstata (de allí el nombre de prostaglandinas que recibieron estos compuestos). Su estructura fue elucidada en 1962 y continúa siendo un activísimo campo de estudio.
En los últimos 10 años, algunos factores de crecimiento han podido ser identificados y purificados, y su estructura química ha sido determinada; sin embargo, muchísimos más deben estar aún por identificarse. Esta es un área muy joven y en plena expansión. Apenas nos estamos asomando a los secretos de la comunicación celular y, por tanto, muchos mensajeros están por descubrirse. El lector verá más adelante que lo que sabemos ahora es sólo una minúscula fracción de lo que quisiéramos saber, y que, contrariamente a lo que se pudiera pensar, no todo está hecho; hay miles de cosas por descubrir, por lo que este campo de la ciencia se vuelve más interesante cada día.