Hispanopedia Wiki
Articulo de referencia

Autofosforilación

Fig. 1: Activación del receptor del factor de crecimiento epidérmico por autofosforilación. Adaptado de Pecorino (2008) [ 1 ] Fig. 2: Regulación de la cinasa Src por autofosfori...

Hispanopedia WikiContenido en espanolLectura gratuita
Fig. 1: Activación del receptor del factor de crecimiento epidérmico por autofosforilación. Adaptado de Pecorino (2008) [ 1 ]
Fig. 2: Regulación de la cinasa Src por autofosforilación. Adaptado de Frame (2002) [ 2 ]

La autofosforilación es un tipo de modificación postraduccional de proteínas . Generalmente se define como la fosforilación de la propia quinasa . En eucariotas , este proceso ocurre mediante la adición de un grupo fosfato a residuos de serina , treonina o tirosina dentro de las quinasas de proteínas , normalmente para regular la actividad catalítica. [ 3 ] [ 4 ] La autofosforilación puede ocurrir cuando el propio sitio activo de una quinasa cataliza la reacción de fosforilación (autofosforilación cis), o cuando otra quinasa del mismo tipo proporciona el sitio activo que lleva a cabo la reacción química (autofosforilación trans). Esta última suele ocurrir cuando las moléculas de quinasa se dimerizan. [ 3 ] En general, los grupos fosfato introducidos son fosfatos gamma de nucleósido trifosfatos , más comúnmente ATP . [ 3 ]

Función

Las proteínas quinasas, muchas de las cuales están reguladas por autofosforilación, son vitales para controlar la proliferación, diferenciación, metabolismo, migración y supervivencia celular. Las mutaciones en los genes que las codifican o en sus potenciales activadores o represores pueden afectar a diversas funciones dentro de un organismo. [ 3 ] [ 4 ] La fosforilación es fácilmente reversible por las fosfatasas . Por lo tanto, es un método eficaz para activar y desactivar la actividad quinasa. Debido a esto, se reconoce como un proceso esencial en la señalización celular. [ 3 ] La adición de un grupo fosfato con carga negativa produce un cambio en el microambiente que puede conducir a la atracción o repulsión de otros residuos o moléculas. [ 3 ] [ 4 ] El resultado puede ser un cambio conformacional para exponer u ocultar sitios catalíticos o alostéricos de la superficie. [ 3 ] Si el residuo fosforilado reside dentro del sitio catalítico, puede facilitar o impedir la unión del sustrato mediante interacción de carga, o proporcionando o impidiendo formas complementarias necesarias para el reconocimiento molecular. [ 3 ] Además, el grupo fosfato genera varias áreas potenciales para la formación de enlaces de hidrógeno o puentes salinos , de los cuales estos últimos generalmente involucran un residuo de arginina . [ 3 ] [ 5 ]

La unión de moléculas efectoras puede verse afectada de manera similar si el residuo fosforilado forma parte del sitio alostérico . [ 3 ] También se ha informado que la autofosforilación tiene un efecto sobre la capacidad de la célula para la endocitosis y la proteólisis . [ 5 ]

Proceso y estructura

Las quinasas se fosforilan en residuos de serina y/o treonina , o únicamente en residuos de tirosina. [ 5 ] Esto sirve para clasificarlas como quinasas Ser/Thr o Tyr. Varios residuos dentro de la estructura primaria pueden autofosforilarse simultáneamente. Los fosfoaceptores suelen residir dentro de bucles en la estructura proteica denominados " bucles de activación ". [ 3 ] Las estructuras de algunos complejos de autofosforilación se conocen a partir de cristales de quinasas proteicas en los que el sitio de fosforilación (Ser, Thr o Tyr) de un monómero en el cristal se encuentra en el sitio activo de otro monómero del cristal de manera similar a las estructuras conocidas de péptido-sustrato/quinasa. [ 6 ] Las estructuras conocidas incluyen:

  • Sitios de fosforilación de tirosina en regiones yuxtamembrana:
    • cKIT humano, Tyr568 (PDB: 1PKG) [ 7 ]
    • CSF1R humano, Tyr561 (PDB: 3LCD, homólogo al sitio cKIT) [ 6 ] [ 8 ]
    • EPHA2 humano, Tyr594 (PDB: 4PDO, dos residuos después de los sitios cKIT y CSF1R) [ 6 ]
  • Sitios de fosforilación de tirosina en las regiones de inserción de la quinasa:
    • FGFR1 humano, Tyr583 (PDB: 3GQI) [ 9 ]
    • FGFR3 humano, Tyr577 (PDB: 4K33, homólogo al sitio FGFR1, [ 6 ] interfaz de dominio idéntica a la estructura FGFR1) [ 10 ]
  • Sitios de fosforilación de tirosina en bucles de activación:
  • Sitios de fosforilación de Ser/Thr en bucles de activación:
    • PAK1 humano, Thr423 (PDB: 3Q4Z, 4O0R, 4O0T, 4P90, 4ZLO, 4ZY4, 4ZY5, 4ZY6, 5DEY; las estructuras 4ZY4 y 4ZY5 proporcionan coordenadas completas para el bucle de activación del sustrato [ 6 ] ) [ 6 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]
    • IRAK4 humano , Thr345 (PDB: 4U97, 4U9A) [ 18 ]
  • Sitios de fosforilación de Ser/Thr en las colas N o C terminales:
    • CaMKII de C. elegans, cola C-terminal, Thr284 (PDB: 3KK8, 3KK9) [ 19 ]
    • CaMKII humana, cola C-terminal, Thr287 (PDB: 2WEL, homólogo al sitio de C. elegans) [ 20 ]
    • CLK2 humano, cola N-terminal, Ser142 (PDB: 3NR9) [ 6 ]

En general, las estructuras de la fosforilación de bucles internos implican importantes contactos entre dominios que han sido confirmados por mutagénesis dirigida al sitio , mientras que la fosforilación de posiciones en las colas N o C terminales a más de 10 aminoácidos del dominio quinasa no implica importantes contactos entre dominios lejos del sitio de unión del sustrato. [ 6 ]

Vías de señalización y transautofosforilación

Entre varias moléculas, las tirosina quinasas receptoras (RTK) desempeñan un papel fundamental en la transducción de señales a través de diversas vías de señalización . Todas las RTK constan de una región extracelular de unión al ligando , una hélice transmembrana y una región citoplasmática (el dominio tirosina quinasa). Antes de la estimulación por ligando, la mayoría de las RTK se presentan como monómeros en la superficie celular. La unión del ligando al dominio extracelular induce la dimerización . La dimerización de las RTK conduce a la autofosforilación de la tirosina en el núcleo catalítico del dímero y, finalmente, a la estimulación de la actividad tirosina quinasa y la señalización celular. [ 21 ] Se trata, por lo tanto, de un ejemplo de reacción de transautofosforilación, donde una subunidad receptora del dímero fosforila a la otra subunidad. [ 22 ]

Ejemplos de RTK que sufren autofosforilación

Receptor del factor de crecimiento epidérmico

Un ejemplo de RTK que experimenta autofosforilación es el receptor del factor de crecimiento epidérmico (EGFR). El EGFR fue el primer ejemplo de RTK descubierto. Tras la unión del ligando, se produce un cambio conformacional en los monómeros del EGFR. Esto conduce a la dimerización del EGFR. [ 21 ] La dimerización acerca los dos receptores. Esto estimula la actividad quinasa del EGFR, lo que conduce a la transautofosforilación en múltiples residuos de tirosina en el extremo C-terminal de la molécula. El residuo de tirosina fosforilado puede entonces servir como sitio de unión para proteínas de señalización posteriores. [ 21 ] (Fig. 1).

Receptores de insulina

Otro ejemplo es la unión de la insulina a los receptores de insulina . Una vez liberada en el torrente sanguíneo, la insulina puede unirse a receptores en la superficie de las células musculares u otros tejidos. Este receptor es una proteína con una estructura cuaternaria (αβ)2 . Las dos subunidades α grandes son extracelulares, mientras que las subunidades β más pequeñas tienen un dominio transmembrana, así como dominios extra e intracelulares. En ausencia de insulina, los dos dominios intracelulares de las subunidades β están relativamente distantes. La unión con la insulina desencadena un cambio conformacional en el receptor que los acerca. Cada dominio intracelular de la subunidad β es una tirosina quinasa que fosforila a su pareja en el receptor. [ 3 ]

Cáncer

quinasas Src

Las quinasas de la familia Src son ejemplos de proteínas que utilizan la autofosforilación para mantener sus estados activados. [ 3 ] Las quinasas Src participan en vías de señalización intracelular que influyen en el crecimiento celular y la fuerza de adhesión celular . Esta última contribuye al control de la migración celular. De esta manera, la desregulación de la quinasa Src puede potenciar el crecimiento tumoral y el potencial invasivo de las células cancerosas. [ 2 ] La actividad de las quinasas Src está regulada tanto por fosforilación como por interacciones intramoleculares que involucran los dominios SH2 y SH3 . El probable mecanismo de activación de la quinasa Src en el cáncer es el siguiente:

  • 1. La quinasa src se mantiene en una forma inactiva mediante la unión de SH2 a una fosfotirosina.
  • 2. La desfosforilación de la tirosina-527 libera el dominio SH2, así como el dominio SH3.
  • 3. La posterior autofosforilación de la tirosina-416 activa la quinasa.
  • 4. La activación constitutiva de la quinasa src observada en el cáncer puede deberse a la deleción de tyr-527, al desplazamiento de las interacciones mediadas por SH3 y SH2 por ligandos de alta afinidad con tyr-416 constantemente autofosforilada. [ 2 ] (Fig. 2).

Ataxia telangiectasia mutada quinasa (quinasa ATM)

La quinasa ATM, miembro de la familia PI3 de quinasas de serina/treonina, desempeña un papel fundamental en el mantenimiento de la estabilidad del genoma, esencial para la supervivencia de todos los organismos. Ejerce su acción fosforilando proteínas diana como P53 , MDM2 y chk2 . La activación de ATM se facilita mediante autofosforilación. La ATM inactiva existe como dímero, donde el dominio quinasa de un monómero se une al dominio interno del otro monómero, que contiene la serina 1981. Por lo tanto, es inaccesible a los sustratos celulares. En respuesta al daño del ADN, el dominio quinasa de un monómero fosforila la serina 1981 del otro ATM interactuante, lo que provoca la disociación de las subunidades y la activación de ATM. La ATM activada desencadena una secuencia de eventos, incluyendo la detención del ciclo celular, lo que permite la reparación del ADN dañado. Si el ADN dañado no se repara, puede provocar la muerte celular, inestabilidad genómica, cáncer y otras patologías. [ 23 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ Pecorino, L 2008, 'Biología molecular del cáncer', Oxford University Press Inc., Nueva York, EE. UU.
  2. 1 2 3 Frame MC (junio de 2002). "Src en el cáncer: desregulación y consecuencias para el comportamiento celular". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Reviews on Cancer . 1602 (2): 114– 30. doi : 10.1016/s0304-419x(02)00040-9 . PMID 12020799 . 
  3. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Petsko, GA y Ringe, D 2009, 'Estructura y función de las proteínas', Oxford University Press Inc., Nueva York, EE. UU.
  4. 1 2 3 Summers KC, Shen F, Sierra Potchanant EA, Phipps EA, Hickey RJ, Malkas LH (2011). "Fosforilación: el interruptor molecular de la reparación de roturas de doble cadena" . International Journal of Proteomics . 2011 373816. doi : 10.1155/2011/373816 . PMC 3200257. PMID 22084686 .  
  5. 1 2 3 Smith JA, Francis SH, Corbin JD (noviembre de 1993). "Autofosforilación: una característica destacada de las quinasas de proteínas". Bioquímica molecular y celular . 127–128 : 51–70 . doi : 10.1007/BF01076757 . PMID 7935362. S2CID 36865501 .  
  6. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Xu Q, Malecka KL, Fink L, Jordan EJ, Duffy E, Kolander S, Peterson JR, Dunbrack RL (dic. 2015). "Identificación de estructuras tridimensionales de complejos de autofosforilación en cristales de quinasas de proteínas" . Science Signaling . 8 (405): rs13. doi : 10.1126/scisignal.aaa6711 . PMC 4766099. PMID 26628682 .  
  7. ↑ Mol CD, Lim KB, Sridhar V, Zou H, Chien EY, Sang BC, Nowakowski J, Kassel DB, Cronin CN, McRee DE (agosto de 2003). "La estructura de un complejo de producto c-kit revela la base de la transactivación de la quinasa" . The Journal of Biological Chemistry . 278 (34): 31461–4 . doi : 10.1074/jbc.C300186200 . PMID 12824176 . 
  8. ↑ Meyers MJ, Pelc M, Kamtekar S, Day J, Poda GI, Hall MK, Michener ML, Reitz BA, Mathis KJ, Pierce BS, Parikh MD, Mischke DA, Long SA, Parlow JJ, Anderson DR, Thorarensen A (marzo de 2010). "El diseño de fármacos basado en la estructura permite la conversión de un inhibidor de la quinasa CSF-1R con unión DFG-in a un modo de unión DFG-out". Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters . 20 (5): 1543– 7. doi : 10.1016/j.bmcl.2010.01.078 . PMID 20137931 . 
  9. ↑ Bae JH, Lew ED, Yuzawa S, Tomé F, Lax I, Schlessinger J (agosto de 2009). "La selectividad de la señalización de la tirosina quinasa del receptor está controlada por un sitio de unión del dominio SH2 secundario" . Cell . 138 ( 3): 514–24 . doi : 10.1016/j.cell.2009.05.028 . PMC 4764080. PMID 19665973 .  
  10. ↑ Huang Z, Chen H, Blais S, Neubert TA, Li X, Mohammadi M (octubre de 2013). "Mimetismo estructural de la fosforilación de tirosina del bucle a por una mutación patogénica del receptor 3 de FGF" . Structure . 21 (10): 1889–96 . doi : 10.1016/j.str.2013.07.017 . PMC 3839590. PMID 23972473 .  
  11. ↑ Wu J, Li W, Craddock BP, Foreman KW, Mulvihill MJ, Ji QS, Miller WT, Hubbard SR (julio de 2008). "Inhibición de moléculas pequeñas y transfosforilación del bucle de activación del receptor IGF1" . The EMBO Journal . 27 (14): 1985–94 . doi : 10.1038/emboj.2008.116 . PMC 2486273. PMID 18566589 .  
  12. ↑ Nemecek C, Metz WA, Wentzler S, Ding FX, Venot C, Souaille C, Dagallier A, Maignan S, Guilloteau JP, Bernard F, Henry A, Grapinet S, Lesuisse D (agosto de 2010). "Diseño de potentes inhibidores del IGF1-R relacionados con bis-azaindoles" . Chemical Biology & Drug Design . 76 (2): 100– 6. doi : 10.1111/j.1747-0285.2010.00991.x . PMID 20545947 . 
  13. ↑ Jacobs MD, Caron PR, Hare BJ (marzo de 2008). "La clasificación de las estructuras de la proteína quinasa guía el uso de perfiles de selectividad de ligando para predecir conformaciones inactivas: estructura del complejo lck/imatinib". Proteins . 70 ( 4): 1451–60 . doi : 10.1002/prot.21633 . PMID 17910071. S2CID 22687483 .  
  14. ↑ Wang J, Wu JW, Wang ZX (dic. 2011). "Perspectivas estructurales sobre el mecanismo de autoactivación de la proteína quinasa activada por p21" . Structure . 19 (12): 1752–61 . doi : 10.1016/j.str.2011.10.013 . PMID 22153498 . 
  15. ↑ Staben ST, Feng JA, Lyle K, Belvin M, Boggs J, Burch JD, Chua CC, Cui H, DiPasquale AG, Friedman LS, Heise C, Koeppen H, Kotey A, Mintzer R, Oh A, Roberts DA, Rouge L, Rudolph J, Tam C, Wang W, Xiao Y, Young A, Zhang Y, Hoeflich KP (feb 2014). "La flexibilidad del bolsillo posterior proporciona selectividad de la quinasa activada por p21 (PAK) del grupo II para los inhibidores de la quinasa tipo I 1/2". Journal of Medicinal Chemistry . 57 (3): 1033– 45. doi : 10.1021/jm401768t . PMID 24432870 . 
  16. ↑ Crawford JJ, Lee W, Aliagas I, Mathieu S, Hoeflich KP, Zhou W, Wang W, Rouge L, Murray L, La H, Liu N, Fan PW, Cheong J, Heise CE, Ramaswamy S, Mintzer R, Liu Y, Chao Q, Rudolph J (junio de 2015). "Diseño guiado por la estructura de inhibidores selectivos de la quinasa activada por p21 del grupo I". Journal of Medicinal Chemistry . 58 (12): 5121–36 . doi : 10.1021/acs.jmedchem.5b00572 . PMID 26030457 . 
  17. ↑ Ndubaku CO, Crawford JJ, Drobnick J, Aliagas I, Campbell D, Dong P, Dornan LM, Duron S, Epler J, Gazzard L, Heise CE, Hoeflich KP, Jakubiak D, La H, Lee W, Lin B, Lyssikatos JP, Maksimoska J, Marmorstein R, Murray LJ, O'Brien T, Oh A, Ramaswamy S, Wang W, Zhao X, Zhong Y, Blackwood E, Rudolph J (dic. 2015). "Diseño del inhibidor selectivo de PAK1 G-5555: mejora de las propiedades mediante el empleo de una fracción polar de pK bajo poco ortodoxa" . ACS Medicinal Chemistry Letters . 6 (12): 1241–6 . doi : 10.1021/acsmedchemlett.5b00398 . PMC 4677365 . PMID 26713112 .  
  18. ↑ Ferrao R, Zhou H, Shan Y, Liu Q, Li Q, Shaw DE, Li X, Wu H (septiembre de 2014). " La dimerización y la transautofosforilación de IRAK4 son inducidas por el ensamblaje del Myddosoma" . Molecular Cell . 55 (6): 891–903 . doi : 10.1016/j.molcel.2014.08.006 . PMC 4169746. PMID 25201411 .  
  19. ↑ Chao LH, Pellicena P, Deindl S , Barclay LA, Schulman H, Kuriyan J (marzo de 2010). "La captura intersubunidad de segmentos reguladores es un componente de la activación cooperativa de CaMKII" . Nature Structural & Molecular Biology . 17 (3): 264–72 . doi : 10.1038/nsmb.1751 . PMC 2855215. PMID 20139983 .  
  20. ↑ Rellos P, Pike AC, Niesen FH, Salah E, Lee WH, von Delft F, Knapp S (2010). "La estructura del complejo CaMKIIdelta/calmodulina revela el mecanismo molecular de la activación de la quinasa CaMKII" . PLOS Biology . 8 (7) e1000426. doi : 10.1371/journal.pbio.1000426 . PMC 2910593. PMID 20668654 .  
  21. 1 2 3 Bae JH, Schlessinger J (mayo de 2010). "Disposiciones asimétricas de tirosina quinasas en la activación o autofosforilación de receptores tirosina quinasas" . Molecules and Cells . 29 (5): 443– 8. doi : 10.1007/s10059-010-0080-5 . PMID 20432069. S2CID 28438337 .  
  22. ↑ COPE, Cytokines & Cells Online Pathfinder Encyclopedia , abril de 2012
  23. ↑ Bakkenist CJ, Kastan MB (enero de 2003). "El daño al ADN activa ATM a través de la autofosforilación intermolecular y la disociación del dímero". Nature . 421 ( 6922): 499– 506. Bibcode : 2003Natur.421..499B . doi : 10.1038/nature01368 . PMID 12556884. S2CID 4403303 .