CPEB

CPEB , o proteína de unión al elemento de poliadenilación citoplasmática , es una proteína de unión a ARN altamente conservada que promueve la elongación de la cola de poliadenina del ARN mensajero . ^{[ 1 ]} CPEB está presente en sitios postsinápticos y dendritas donde estimula la poliadenilación y la traducción en respuesta a la actividad sináptica. ^{[ 2 ]} CPEB activa más comúnmente el ARN diana para la traducción , pero también puede actuar como un represor, ^{[ 3 ]} dependiendo de su estado de fosforilación . ^{[ 4 ]} Como represor, CPEB interactúa con el complejo de desadenilación y acorta la cola de poliadenina de los ARNm. ^{[ 5 ]} En animales, CPEB se expresa en varias isoformas de empalme alternativo que son específicas de tejidos y funciones particulares, incluido el ribozima autocortante CPEB3 de mamíferos . CPEB se identificó por primera vez en ovocitos de Xenopus y se asoció con la meiosis ; ^{[ 2 ]} También se ha identificado un papel en la espermatogénesis de Caenorhabditis elegans . ^{[ 6 ]}

CPEB participa en la regulación de bucle cerrado de los ARNm, manteniéndolos inactivos. La estructura de bucle cerrado entre la región 3'UTR y la región 5'UTR inhibe la traducción. ^{[ 7 ]} Esto se ha observado en Xenopus laevis , donde eIF4E, unido a la caperuza 5', interactúa con Maskin, unido a CPEB en la región 3'UTR , creando transcritos inactivos desde el punto de vista de la traducción . Esta inhibición de la traducción se elimina una vez que CPEB se fosforila , desplazando el sitio de unión de Maskin y permitiendo la polimerización de la cola de poliA , que puede reclutar la maquinaria de traducción mediante PABP . ^{[ 8 ]} Sin embargo, ^{[ 9 ]} es importante señalar que este mecanismo ha sido objeto de un gran escrutinio. ^{[ 10 ]}

Se ha demostrado que CPEB se desplaza entre el núcleo y el citoplasma . ^{[ 9 ]} En los núcleos de diferentes organismos, se encontró que CPEB ayuda a guiar la ruta del ARNm en el citoplasma. ^{[ 2 ]} Se encontró que CPEB estaba casi exclusivamente en el c ^{[ 9 ]} plasma en ovocitos de Xenopus en estadio VI. ^{[ 2 ]} Sin embargo, un estudio posterior sobre este tema encontró que hay una cantidad sustancial de CPEB en el núcleo. ^{[ 9 ]} CPEB puede unirse con ARNm que contienen CPE en el núcleo, lo que fuerza una regulación traduccional estricta en el citoplasma. Se encontró que los CPEB unidos a estos ARNm tienen ^{[ 11 ]} una eficiencia de traducción más baja, lo que es indicativo de la regulación de la traducción.

CPEB también puede referirse a la familia de proteínas. ^{[ 11 ]} Hay cuatro proteínas en la familia de proteínas:

• CPEB1
• CPEB2
• CPEB3
• CPEB4

Esta familia de proteínas se puede dividir en dos subfamilias. Los grupos se separan por sus ^{[ 12 ]} ...propiedades específicas en el reconocimiento de objetivos/motivos, cofactores de complejos de orden grande y propiedades dinámicas y regulación durante el ciclo celular." ^{[ 12 ]} La primera subfamilia contiene solo CPEB1 y la segunda contiene CPEB2 - CPEB4. El CPE general al que se unen los CPEB tiene una secuencia canónica UUUUAU, que las cuatro proteínas pueden reconocer. Sin embargo, CPEB1 solo puede reconocer CPE con la secuencia canónica, mientras que el segundo grupo de CPEB2-4 también puede unirse a variantes del CPE, conocidas como variantes G debido a su diferencia de secuencia (UUUUGU). Esto sugiere que CPEB2-4 tiene otros objetivos que puede alcanzar además de los objetivos de CPEB1.

La estructura de CPEB consiste en "...un puerto amino-terminal ^{[ 13 ]} sin motivo funcional obvio, dos motivos de reconocimiento de ARN (RRMS) y una región de cisteína-histidina que recuerda a un dedo de zinc." ^{[ 13 ]} La región del dedo de zinc y los RRM son necesarios para la unión al ARN. ^{[ 13 ]} Se descubrió que CPEB unido a otros metales que no fueran zinc destruía la unión al ARN, pero la unión se restauraría si se suplementaba con zinc. ^{[ 13 ]} También se demostró que las proteínas que carecían de alguno de los RRM eran menos eficientes en la unión al ARN.

No todas las regiones son iguales en las diferentes formas de CPEB. El extremo amino puede variar sustancialmente entre las proteínas. La isoforma similar a un prión de CPEB que se encuentra en Aplysia californica, Drosophila, ratones y humanos es un ejemplo de dicha diferenciación. ^{[ 5 ]} Esta isoforma es similar a un prión debido a la presencia de dominios ricos en poliglutamina o polialanina en el extremo N. ^{[ 5 ]}

Un error en el proceso de traducción con CPEB puede provocar posibles efectos adversos en el desarrollo neurológico. Se encontraron genes de riesgo para el trastorno del espectro autista en cerebros donde "...desequilibrio de isoformas del transcrito CPEB4 debido a la disminución de la inclusión de un microexón específico neuronal junto con una nueva firma molecular de acortamiento global de la cola de poliadenina..." ^{[ 14 ]} En individuos con trastorno del espectro autista idiopático, CPEB4 está muy disminuido y mostró alteraciones de empalme significativas. Un desequilibrio de isoformas equivalente en ratones imita los cambios de los genes del trastorno del espectro autista, lo que causa una expresión fenotípica neuroanatómica, electrofisiológica y conductual similar.

La regulación genética de las proteínas CPEB también se propone como un objetivo para la terapia génica. ^{[ 5 ]} El síndrome del cromosoma X frágil y la enfermedad de Huntington son dos trastornos y enfermedades en los que se ha utilizado la regulación de CPEB para intentar recuperar la función cerebral. No hay cura para ninguna de estas afecciones, pero la disfunción de la traducción de las proteínas CPEB puede ser una causa de ambas. ^{[ 15 ]} Al modelar el síndrome del cromosoma X frágil en ratones, las mutaciones del gen CPEB1 redujeron los procesos patológicos asociados con el trastorno. ^{[ 16 ]} Una disminución de CPEB1 restauró el equilibrio de la traducción del ARNm, que puede lograrse manipulando los niveles de los microARN.

En el caso de la enfermedad de Huntington, un estudio en un cultivo celular de Drosophila mostró que la proteína Orb2A de Drosophila se adsorbía en la superficie de los agregados del gen de la huntingtina (Htt) . ^{[ 15 ]} Estos agregados provocan un desequilibrio en la síntesis de proteínas, degeneración celular y muerte neuronal. La absorción de la proteína causó una reducción parcial de la letalidad de los agregados de Htt. Si bien los agregados no disminuyeron, se restableció el equilibrio de la síntesis de proteínas en las células. Sin embargo, la disfunción de la traducción por secuestro de CPEB no es una causa definitiva de los síntomas de la enfermedad de Huntington en humanos. Otras proteínas de unión al ARN podrían ser otros posibles objetivos de la disfunción de la traducción en pacientes con esta enfermedad.

Se ha descubierto que CPEB ayuda a regular la senescencia celular modulando la traducción inducida por poliadenilación del ARNm de p53 . ^{[ 17 ]} Cuando se redujo la expresión de CPEB en células de piel y pulmón humanas, estas evitaron la etapa de crisis M1 de la senescencia. Esta evitación es necesaria para la transformación celular. La reducción de los niveles de CPEB también afectó la tasa de división celular, ralentizando el proceso hasta que las células dejaron de dividirse. En ratones, la reducción de los niveles de CPEB provocó la inmortalidad celular. ^{[ 17 ]} Se observó un fenotipo similar a la senescencia cuando se introdujo CPEB en células de pasajes tempranos, pero no en células de pasajes tardíos. La senescencia se considera un proceso irreversible, pero el fenotipo similar a la senescencia inducido por CPEB podría refutar esta idea. Por lo tanto, se demuestra que CPEB regula la senescencia y media la inmortalización celular.

La proteína Orb2 de Drosophila se une a genes implicados en la memoria a largo plazo. Una isoforma de CPEB, presente en las neuronas de la babosa marina Aplysia californica , así como en Drosophila , ratones y humanos, contiene un dominio N-terminal que no se encuentra en otras isoformas y que muestra una alta similitud de secuencia con las proteínas priónicas . Experimentos con la isoforma de Aplysia expresada en levadura revelan que CPEB posee una propiedad clave asociada a los priones: puede inducir que otras proteínas adopten conformaciones proteicas alternativas que se heredan en sucesivas generaciones de células de levadura. Además, la forma funcional de unión al ARN de la proteína CPEB podría ser el estado similar al de un prión. ^{[ 18 ]} Estas observaciones han llevado a sugerir que las proteínas similares a priones biestables de larga duración desempeñan un papel en la formación de la memoria a largo plazo . ^{[ 19 ]} Se ha sugerido que "tanto el almacenamiento de la memoria como su plasticidad sináptica subyacente están mediados por el aumento de... CPEB". ^{[ 20 ]}

Las CPEB son responsables de la longitud de la cola de poliadenina en los ovocitos durante la ovogénesis . En ovocitos de Xenopus y ratones, se ha observado que la CPEB controla el crecimiento ovocitario. La regulación del desarrollo folicular se ha observado específicamente en ratones. ^{[ 21 ]} La CPEB regula el desarrollo ovocitario y folicular en la etapa de dictioteno mediante fosforilación y desfosforilación. ^{[ 22 ]} Durante el paquiteno , la CPEB se fosforila, lo que controla la poliadenilación y la traducción de los ARNm. ^{[ 1 ]} Se realizó un experimento para determinar cómo la CPEB afectaba el desarrollo mediante la inhibición de la proteína en ratones. Se encontró que la CPEB regula Gdf9 , un factor de crecimiento necesario para el desarrollo folicular. Sin CPEB, Gdf9 tenía una cola de poliadenina acortada y una expresión reducida. También se encontró que la pérdida progresiva de ovocitos e infertilidad surgían de la inactivación de la CPEB en los ovocitos, lo que se asemeja al síndrome de insuficiencia ovárica prematura en humanos. ^{[ 22 ]}

Se ha demostrado que CPEB interactúa con las siguientes proteínas:

• PUM2 ^{[ 23 ]}
• PARN ^{[ 9 ]}
• GLD-2 ^{[ 9 ]}
• simplékina ^{[ 23 ]}
• proteína de unión a eIF4E ^{[ 9 ]}