Otros segundos mensajeros iniciadores de la señal de calcio.

Hasta se ha hablado de la importancia del IP3 como segundo mensajero de Ca2+ y su papel en la liberación de Ca2+ de los depósitos intracelulares. No obstante en la literatura y desde hace más de 20 años, se han descrito otros segundos mensajeros iniciadores de la señal de Ca2+: cADPR y NAADP. Estos segundos mensajeros derivan del nicotinamida-adenin-dinucleótido (NAD y NADP respectivamente) (Lee et al., 1994; Lee & Aarhus, 1995).

Ambos compuestos son sintetizados por las proteínas CD157 y CD38, homólogos en mamíferos de la familia de enzimas ADP-ribosil-ciclasas solubles. CD38 es la más estudiada, presentando un único fragmento transmembrana, con una pequeña región N- terminal y un dominio C-terminal que posee la actividad enzimática responsable de la catálisis de reacciones de ciclación, cambio de base e hidrólisis (Ferrero et al., 2014). Similar al caso de otros segundos mensajeros, diversos agonistas extracelulares estimulan la actividad de estas enzimas, a través de GPCR o TKR principalmente, provocando un aumento de los niveles citosólicos de cADPR y NAADP (Guse et al., 2005; Galione et al., 2010). La actividad enzimática de CD38 depende de la concentración de los metabolitos y sobre todo del pH. A pH neutro o alcalino se ha descrito que las reacciones predominantes son la ciclación e hidrólisis y, por tanto, la formación de cADPR, si bien pueden existir otras fuentes adicionales para este segundo mensajero (Ceni et al., 2003; Schuber & Lund, 2004). A pH ácido es predominante la reacción de cambio de base y formación de NAADP, lo cual además sugiere los compartimentos acídicos como orgánulos diana para este segundo mensajero (Aarhus et al., 1995; Lee, 2000). La síntesis y transporte de cADPR y NAADP por CD38 plantea un problema topológico ya que los sitios catalíticos de la enzima se encuentran en el exterior de la superficie celular o en el caso de la expresión en orgánulos, en el lumen de los mismos. Ante este hecho, se han investigado activamente dos propuestas.

La primera, plantea la existencia de transportadores de sustratos y productos de CD38 como los hemicanales de la proteína Ca2+-dependiente conexina-43 para el intercambio de NAD, y de transportadores de nucleósidos para cADPR y NAADP (Podestà et al., 2005; Billington et al., 2006). La segunda, plantea la coexpresión de CD38 con otra forma de la enzima que presenta una orientación en membrana opuesta, formando un dímero (Zhao et al., 2012). Otro tercer mecanismo, involucra la endocitosis de CD38 seguida de síntesis intracelular de los mensajeros cADPR y/o NAADP (Guida et al., 2002).

3.2.4.1

ADP ribosa cíclica (cADPR).

La primera observación de movilización de Ca2+ mediante cADPR se realizó en oocitos de erizo de mar, siendo esta movilización independiente de IP3 pero actuando a través del mecanismo CICR (Galione et al., 1991).

En células permeabilizadas de islotes pancreáticos de ratón se ha demostrado que la movilización de Ca2+ mediada por cADPR desempeña un papel crucial en el acoplamiento estímulo-secreción (Takasawa et al., 1993). La mayoría de los estudios sugieren que los RyR, fundamentalmente del ER/SR, son el receptor diana de la cADPR cuyo efecto es similar al de la cafeína pero más potente. En algunos tipos celulares se ha propuesto que pueden ser los RyR2 como en células de feocromocitoma de rata PC12 (Frizt et al., 2005) o los RyR1 y RyR3 como en células embrionarias de riñón HEK293 (Ogunbayo et al., 2011). La acción de cADPR en los RyR requiere factores proteicos adicionales como CaM y FKBP. De hecho, existen evidencias que señalan a las proteínas FKBP como el actual receptor de cADPR. En ausencia de cADPR, las FKBP estarían unidas al RyR impidiendo su activación. En presencia de cADPR, dicha unión se desestabilizaría, desencadenando la apertura de los RyR y la liberación de Ca2+ (Morita et al., 2006; Zheng et al., 2010). Por otra parte, diversos estudios que realizaron medidas directas de la [Ca2+]ER en células cromafines no evidenciaron liberación de Ca2+ inducida por cADPR en el ER así como en otros depósitos de Ca2+ intracelulares susceptibles de expresar RyR (Alonso et al., 1999; SantoDomingo et al., 2008). Este hecho sugiere la presencia de otras dianas de este segundo mensajero intracelular.

3.2.4.2

Ácido nicotínico-adenín-dinucleótido-fosfato (NAADP).

El NAADP es el segundo mensajero capaz de desencadenar la liberación de Ca2+ más potente descubierta hasta la fecha, requiriendo pequeñas dosis de este mensajero, del orden de nanomolar e incluso picomolar, para activar la señalización celular (Galione, 2011). Además en células de mamíferos, la movilización de Ca2+ mediada por NAADP exhibe un comportamiento auto-inhibitorio de posteriores liberaciones de Ca2+ donde la relación concentración-respuesta para este mensajero describe una distribución gaussiana (Morgan & Galione, 2008). Al igual que la liberación de Ca2+ estimulada por cADPR, el efecto del NAADP fue descubierto en oocito de erizo de mar, en un compartimento celular posteriormente identificado como gránulos de reserva (Churchill et al., 2002). En mamíferos, la movilización de Ca2+ inducida por NAADP ha sido descrita en varios tipos celulares y desempeña funciones en diferentes eventos fisiológicos. En células de músculo ventricular y atrial, el NAADP está implicado en la señalización del receptor adrenérgico y potenciación de la contracción muscular (Macgregor et al., 2007).

Se ha evidenciado el papel de la señalización por NAADP en la diferenciación de osteoclastos, células de músculo esquelético y neuronas (Parington & Tunn, 2014). En células β-pancreáticas tras la estimulación con glucosa, se ha observado un aumento de los niveles de NAADP y su intervención en la movilización de Ca2+ desde los SG u orgánulos próximos (Masgrau et al., 2003; Mitchell et al., 2003). En células acinares de páncreas, la estimulación con colestiloquinina (CCK) conlleva una rápida producción de NAADP que precede la generación de oscilaciones de Ca2+ y estimulación de la secreción (Yamasaki et al., 2005).

Existe una gran controversia sobre los receptores y orgánulos diana del NAADP. Por un lado, se han propuesto los RyR, TRPM4, TRPML-1, TPC1 y TPC2 siendo estos dos últimos canales los que han acumulado más evidencias de ser los posibles NAADPR (Ruas et al., 2010). Estudios recientes con marcaje radiactivo, [32P]-5-N3- NAADP, en oocitos de erizo de mar y células de mamífero han mostrado la existencia, no de un canal específico, sino de una proteína soluble que interacciona con NAADP (NAADP- BP) que podría activar los canales de Ca2+ (Lin-Moshier et al., 2012; Guse, 2012). Por otro lado, en cuanto a los orgánulos diana del NAADP, estudios en diversos cultivos celulares han sugerido que estos pueden ser los lisosomas u orgánulos relacionados con ellos. En linfocitos-T se ha propuesto el propio ER (Steen et al, 2007). En células β- pancreáticas y células acinares de páncreas este orgánulo diana parece ser los SG (Gerasimenko et al., 2006; Rizzuto & Pozzan, 2006). Esta controversia puede ser aún más compleja, considerando las interrelaciones de la dinámica de Ca2+ existente entre el ER y los depósitos acídicos (Ronco et al., 2015).