PROTEÍNA-QUINASAS

Algunos factores de crecimiento como la insulina, el factor de crecimiento epidérmico (EGF, de su acrónimo en inglés) y el factor de crecimiento derivado de las plaquetas se unen a proteínas de gran tamaño (receptores) insertadas en las membranas celulares. Estos receptores sobresalen de la membrana celular por ambos lados: en la parte del receptor que sobresale hacia fuera se une el ligando; y en la parte que sobresale hacia el citosol, interacciona con otras proteínas, iniciándose rutas de señalización celular, fundamentales en el funcionamiento celular.

Los dominios del receptor orientados hacia el citosol tienen actividad “tirosina-quinasas” que, como se ha comentado en el párrafo previo, llevan a cabo la transducción de señales en diversos y trascendentes procesos bioquímicos.

Los genes que codifican los fragmentos proteicos extracelulares y los genes que codifican las quinasas (tirosina-quinasas) se fusionaron en un único gen, que codifica una única proteína con sus dominios extracelular e intracelular.

Un primer ejemplo:

El factor de crecimiento epidérmico (EGF de su acrónimo en inglés, Epidermic Growing Factor) es una proteína de 53 aminoácidos y con un peso molecular de 56 kilodalton.

Como se infiere de su denominación, EGF estimula el crecimiento de las células epidérmicas y epiteliales.

EGF se forma a partir de una proteína precursora de gran tamaño. La formación de una proteína con actividad biológica a partir del clivaje de otra proteína de gran tamaño es común a la mayoría de los factores de crecimiento y a las hormonas. Representa una reminiscencia evolutiva que también se observa en la activación de los zimógenos (o cimógenos) para formar enzimas con actividad catalizadora.

La primera etapa en la vía de transducción de señales es la unión del factor de crecimiento epidérmico (EGF) con su receptor (EFGr). Este receptor (EFGr) es un enorme polipéptido de 1.186 aminoácidos.

EGFr es inactivo en ausencia de EGF. Cuando tiene lugar la unión ligando ↔receptor (esto es, EGF↔EGFr) en el dominio extracelular, el receptor se activa mediante dos procesos consecutivos: dimerización seguida de fosforilación en el dominio “tirosina-quinasa” citosólico.  

Un segundo ejemplo:

La insulina es un dímero de dos péptidos α y β, unidos por puentes disulfuro (puentes de cistina) (-S-S-). La unión de una molécula de insulina a su receptor da lugar a un cambio en la conformación de este último, de tal suerte que los aminoácidos tirosina apropiados de cada uno de los dos monómeros de la insulina se ubican en el centro activo del otro monómero; situación que hace posible la fosforilación cruzada.

¿Cómo se transfiere la señal más allá del receptor tirosina-quinasa?

Las tirosina-quinasas fosforiladas sirven de anclaje para los dominios SH2 de otras proteínas.

Una proteína adaptadora (Grb2) convierte la señal inicial [(fosforilación inicial del EGF (Epidermic Growing Factor)] con el hecho final, cual es la estimulación del crecimiento celular. Cuando se produce la fosforilación del receptor, el dominio SH2 de la proteína adaptadora (Grb2) se une a los restos de fosfotirosina del receptor tirosina-quinasa.

Grb2 se asocia a otra proteína denominada Sos (uniéndose con los dominios SH3). Estos dominios se unen más específicamente a tramos del polipéptido con abundantes restos del aminoácido prolina.

Los dominios SH3, al igual que los dominios SH2, son abundantes y repetitivos en las proteínas que los contienen.

La proteína Sos se une a otra proteína (Ras). La proteína Ras activada se une a otros componentes del circuito molecular ocasionando la activación de proteína-quinasas-serina-treonina. Estas proteínas fosforilan determinadas dianas que promueven el crecimiento celular.

PROTEÍNA RAS: PROTEÍNA G SEÑALIZADORA

Además de las proteína-quinasas, existe otra importante familia de proteínas de señalización celular: las proteínas G pequeñas, también denominadas GTP-asas. Estas proteínas (GTP-asas) se subdividen en distintas subfamilias: Ras, Rho, Arf, Rab y Ran. Esta subfamilia de proteínas desempeña un conjunto de funciones vitales para las células, entre ellas el crecimiento, diferenciación, motilidad celular, citoquinesis y transporte de moléculas e iones.

Todas estas proteínas G oscilan entre dos estados: activo (unido a GTP) e inactivo (GDP). Las proteínas G heterométricas se diferencian de las monoméricas en el tamaño molecular (30↔35 kilodaltons vs 20↔25 kilodaltons).

En su forma activa (unidas a GTP) las proteínas G pequeñas (monoméricas), tales como Ras, estimulan el crecimiento y diferenciación celular. Recordar de párrafos previos que la proteína Sos es la etapa inmediata anterior a la proteína Ras en la secuencia que comienza con la unión del “Factor de Crecimiento Epidérmico” a su receptor. La proteína Sos hace viable el intercambio GDP por GTP en la proteína Ras, es decir, su activación. La proteína Ras presenta una actividad GTP-asa intrínseca, la cual sirve para finalizar la señal y retornar el sistema a su estado inactivo. Este proceso es lento (desde el punto de vista metabólico), pudiendo acelerarse mediante la implicación de proteínas auxiliares denominadas proteínas activadoras de GTPasa (GAPs). Los factores de intercambio del nucleótido de guanina y las proteínas activadoras de GTPasa permiten el funcionamiento del ciclo de la proteína G a la velocidad adecuada para permitir la continuación posterior de la señal a un nivel ajustado.

DEFECTOS EN LAS VÍAS DE SEÑALIZACIÓN SUBYACEN EN EL CÁNCER Y OTRAS ENFERMEDADES

El desciframiento d tipos de cáncer de e las vías de transducción de señales se ha logrado a partir del estudio de determinados origen vírico.

Un ejemplo: el virus del sarcoma de Rous es un retrovirus que provoca un cáncer de tejidos de origen mesodérmico (sarcoma) en pollos. Además de los genes necesarios para la autorreplicación del virus, existe un gen (oncogén) denominado v-src. Este gen da lugar a la transformación maligna de células sensibles. La proteína codificada por este gen es del tipo tirosina-quinasa con dominios SH2 y SH3. Existe una versión del gen en las células cuya expresión no conduce a la transformación cancerosa. A este gen (proto-oncogén) se le denomina c-src. La secuencia de aminoácidos de la proteína codificada por el gen v-scr guarda una estrecha homología con la versión del gen c-src. La proteína codificada por el gen c-src es una proteína de transducción de señales cuya función es regular el crecimiento celular. Diferencias mínimas en la secuencia de aminoácidos entre las proteínas codificadas por el proto-oncogén (c-src) y en oncogén vírico (v-scr) son responsables de que tenga lugar, o no, la transformación celular maligna, esto es, la división masiva y disruptiva que conduce al sarcoma.

El análisis de la estructura de la proteína codificada por el proto-oncogén (c-src) en su conformación inactiva muestra una relación compleja entre los tres dominios principales. Próximo al extremo amino-terminal (N-terminal) de la proteína se halla el dominio SH3, seguido por el dominio SH2 y el dominio con actividad tipo “quinasa”. En el extremo opuesto de la proteína (C-terminal) está presente un resto de fosfotirosina, unido al dominio SH2. A su vez el dominio SH2 se halla vinculado al dominio SH3 mediante el dominio tipo “quinasa”. Este conjunto de interacciones mantienen al dominio “quinasa” en una conformación inactiva.

La proteína codificada por el proto-oncogén c-src se puede activar mediante tres procesos distintos:

1)     El residuo fosfotirosina (unido al dominio SH2) puede ser desplazado por otro polipéptido que contenga fosfotirosina y que tenga gran afinidad por el dominio SH2.

2)     La fosfotirosina puede escindirse enzimáticamente por una fosfatasa.

3)     Puede desplazarse el enlace con el dominio SH3 mediante un polipéptido con gran afinidad por el dominio SH3.

La proteína codificada por el gen c-src responde a diversas señales. La secuencia de aminoácidos de la proteína codificada por el oncogén vírico (v-src) tiene una importante homología (90%) con la proteína codificada por el proto-oncogén (c-src). ¿Cómo pueden tener una actividad biológica tan diferente?. Los 19 aminoácidos del extremo carboxílico de la proteína se remplazan por una secuencia distinta, de 11 aminoácidos que carecen del aminoácido tirosina. Éste es fundamental para que tenga lugar la fosforilación a fosfotirosina.

El v-src fue el primer oncogén descubierto. Con posterioridad se han descifrado muchos otros oncogenes, todos ellos con actividad “proteína-quinasa”.

¿Cómo adquiere el virus del sarcoma de Rous la versión mutada del gen src?

Durante la infección, el genoma del virus puede captar parcialmente un gen de su hospedador perdiendo la región que codifica a los últimos aminoácidos. Este gen puede haber proporcionado al virus del sarcoma de Rous una ventaja evolutiva al favorecer el crecimiento vírico cuando el virus se introduce en una célula hospedadora.

Una actividad GTP-asa defectuosa en una proteína reguladora también puede conducir al cáncer. El gen Ras (que codifica las proteínas Ras) es uno de los genes que aparecen mutados en los tumores humanos. Las células de mamífero contienen tres proteínas Ras de 21 kilodaltons de peso molecular: H-Ras, K-Ras y N-Ras, que oscilan entre las formas GTP y GDP. En los tumores humanos, las mutaciones más frecuentes de los genes Ras son las que conducen a la pérdida de la capacidad de hidrolizar el GTP. Así pues, la proteína Ras permanece siempre en su forma activa y continúa estimulando el crecimiento celular.

Las proteína-quinasas en las rutas de señalización eritropoyéticas

Las enzimas “tirosina-quinasas” están involucradas en diversos y trascendentes procesos celulares:

1)     Crecimiento y diferenciación celular.

2)     Modificación de las histonas (proteínas con carga positiva que estabilizan el ADN con carga negativa neta en el núcleo).

3)     Vías de señalización de la inmunidad innata y adaptativa.

4)     Rutas de transducción de señales en el citoplasma, asociadas a:

a)     Receptores tipo 1 (hormona de crecimiento, prolactina, eritropoyetina, trombopoyetina).

b)     Receptores tipo 2 (IFNα, IFNβ, IFNδ, interleucinas).

Tras la unión de los factores de crecimiento a receptores de superficie, tiene lugar la fosforilación de los residuos de tirosina en las colas citoplasmáticas del receptor de membrana, creándose lugares de unión para las proteínas STAT.

El paso siguiente es la fosforilación de las proteínas STAT. Las proteínas STAT fosforiladas forman homodímeros o heterodímeros. Tiene lugar la translocación al núcleo donde activan la transcripción de genes específicos.

Un ejemplo:

La estimulación celular con eritropoyetina (EPO) durante la eritropoyesis conduce a la autofosforilación de JAK2 y su unión ulterior con el receptor para la eritropoyetina (EPOr). Este receptor se fosforila en su dominio citoplasmático. A continuación STAT5 (STAT5A o STAT5B) se fosforilan y activan por JAK2. Una vez activado (JAK2), se dimeriza y se desplaza al núcleo celular donde promociona la transcripción de genes esenciales involucrados en la modulación de la eritropoyesis.

Zaragoza, 27 de junio de 2012

Dr. José Manuel López Tricas

Farmacéutico especialista Farmacia Hospitalaria

Zaragoza