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Factor de intercambio de nucleótidos de guanina

GTP PIB Los factores de intercambio de nucleótidos de guanina ( GEF ) son proteínas o dominios proteicos que activan GTPasas monoméricas estimulando la liberación de guanosina d...

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GTP
PIB

Los factores de intercambio de nucleótidos de guanina ( GEF ) son proteínas o dominios proteicos que activan GTPasas monoméricas estimulando la liberación de guanosina difosfato (GDP) para permitir la unión de guanosina trifosfato (GTP). [ 1 ] Se ha demostrado que diversos dominios estructurales no relacionados presentan actividad de intercambio de nucleótidos de guanina. Algunos GEF pueden activar múltiples GTPasas, mientras que otros son específicos de una sola GTPasa.

Función

Esquema de activación de una GTPasa por GEF

Los factores de intercambio de nucleótidos de guanina (GEF) son proteínas o dominios proteicos implicados en la activación de pequeñas GTPasas . Las pequeñas GTPasas actúan como interruptores moleculares en las vías de señalización intracelular y tienen numerosos objetivos posteriores. Las GTPasas más conocidas pertenecen a la superfamilia Ras y participan en procesos celulares esenciales como la diferenciación y proliferación celular, la organización del citoesqueleto, el tráfico vesicular y el transporte nuclear. [ 2 ] Las GTPasas son activas cuando se unen a GTP e inactivas cuando se unen a GDP, lo que permite que su actividad sea regulada por los GEF y las proteínas activadoras de GTPasa (GAP) opuestas. [ 3 ]

El GDP se disocia de las GTPasas inactivas muy lentamente. [ 3 ] La unión de los GEF a sus sustratos GTPasa cataliza la disociación del GDP, permitiendo que una molécula de GTP se una en su lugar. Los GEF funcionan para promover la disociación del GDP. Después de que el GDP se ha disociado de la GTPasa, el GTP generalmente se une en su lugar, ya que la proporción citosólica de GTP es mucho mayor que la de GDP en 10:1. [ 4 ] La unión de GTP a la GTPasa da como resultado la liberación del GEF, que luego puede activar una nueva GTPasa. [ 5 ] [ 6 ] Por lo tanto, los GEF desestabilizan la interacción de la GTPasa con el GDP y estabilizan la GTPasa libre de nucleótidos hasta que una molécula de GTP se une a ella. [ 7 ] Las GAP (proteínas activadoras de GTPasa) actúan de manera antagónica para inactivar las GTPasas aumentando su tasa intrínseca de hidrólisis de GTP. El GDP permanece unido a la GTPasa inactiva hasta que un GEF se une y estimula su liberación. [ 3 ]

La localización de las GEF puede determinar en qué parte de la célula estará activa una GTPasa en particular. Por ejemplo, la GEF de Ran , RCC1 , está presente en el núcleo, mientras que la Ran GAP está presente en el citosol, modulando la importación y exportación nuclear de proteínas. [ 8 ] RCC1 convierte RanGDP en RanGTP en el núcleo, activando Ran para la exportación de proteínas. Cuando la Ran GAP cataliza la conversión de RanGTP en RanGDP en el citosol, la proteína transportada se libera.

Mecanismo

El mecanismo de activación de la GTPasa varía entre los diferentes GEF. Sin embargo, existen algunas similitudes en la forma en que los distintos GEF alteran la conformación del sitio de unión de nucleótidos de la proteína G. Las GTPasas contienen dos bucles, denominados interruptor 1 e interruptor 2, situados a ambos lados del nucleótido unido. Estas regiones, junto con el bucle de unión al fosfato de la GTPasa, interactúan con los fosfatos del nucleótido y un ion magnesio coordinador para mantener una alta afinidad de unión al nucleótido. La unión del GEF induce cambios conformacionales en el bucle P y las regiones del interruptor de la GTPasa, mientras que el resto de la estructura permanece prácticamente inalterada. La unión del GEF dificulta estéricamente el sitio de unión al magnesio e interfiere con la región de unión al fosfato, mientras que la región de unión a la base permanece accesible. Cuando el GEF se une a la GTPasa, los grupos fosfato se liberan primero y el GEF se desplaza al unirse la molécula de GTP entrante. Aunque este esquema general es común entre las GEF, las interacciones específicas entre las regiones de la GTPasa y la GEF varían entre las proteínas individuales. [ 9 ]

Estructura y especificidad

Algunas GEF son específicas de una sola GTPasa, mientras que otras tienen múltiples sustratos de GTPasa. Si bien las diferentes subfamilias de GTPasas de la superfamilia Ras poseen un dominio de unión a GTP conservado, esto no ocurre con las GEF. Las distintas familias de GEF corresponden a diferentes subfamilias de Ras. Los dominios funcionales de estas familias de GEF no están relacionados estructuralmente ni comparten homología de secuencia. Estos dominios de GEF parecen no estar relacionados evolutivamente a pesar de tener funciones y sustratos similares. [ 7 ]

Dominio CDC25

El dominio de homología CDC25, también llamado dominio RasGEF , es el dominio catalítico de muchas GEF Ras, que activan las GTPasas Ras. El dominio CDC25 comprende aproximadamente 500 aminoácidos y se identificó por primera vez en la proteína CDC25 de la levadura en gemación ( Saccharomyces cerevisiae ) . [ 10 ]

Dominios DH y PH

Las RhoGEF tipo Dbl estaban presentes en el origen de los eucariotas y evolucionaron como mediadores de señalización celular altamente adaptativos. [ 11 ] Las RhoGEF tipo Dbl se caracterizan por la presencia de un dominio de homología Dbl ( dominio DH ), responsable de la actividad catalítica GEF para las GTPasas Rho . [ 12 ] El genoma humano codifica 71 miembros, distribuidos en 20 subfamilias. Los 71 miembros ya estaban presentes en los primeros vertebrados, y la mayoría de las 20 subfamilias ya estaban presentes en los primeros metazoos. Muchas de las proteínas de la familia Dbl de mamíferos son específicas de tejido y su número en los metazoos varía en proporción a la complejidad de la señalización celular. Los dominios de homología de pleckstrina ( dominios PH ) están asociados en tándem con los dominios DH en 64 de los 71 miembros de la familia Dbl. El dominio PH se encuentra inmediatamente adyacente al extremo C del dominio DH. En conjunto, estos dos dominios constituyen la unidad estructural mínima necesaria para la actividad de la mayoría de las proteínas de la familia Dbl. El dominio PH participa en la localización intracelular del dominio DH. Generalmente se cree que modula la unión a la membrana mediante interacciones con fosfolípidos, pero se ha demostrado que su función varía en diferentes proteínas. [ 13 ] [ 14 ] Este dominio PH también está presente en otras proteínas además de las RhoGEF.

dominio DHR2

El dominio DHR2 es el dominio catalítico de la familia DOCK de GEF de Rho. Al igual que el dominio DH , el DHR2 ya estaba presente en el origen de los eucariotas. [ 11 ] La familia DOCK es un subconjunto separado de GEF de la familia Dbl y no guarda relación estructural ni de secuencia con el dominio DH. Se han identificado 11 miembros de la familia DOCK, divididos en subfamilias según su activación de Rac y Cdc42 . Los miembros de la familia DOCK participan en la migración celular, la morfogénesis y la fagocitosis. El dominio DHR2 tiene aproximadamente 400 aminoácidos. Estas proteínas también contienen un segundo dominio conservado, DHR1, que tiene aproximadamente 250 aminoácidos. Se ha demostrado que el dominio DHR1 participa en la localización de membrana de algunas GEF. [ 15 ]

Dominio Sec7

El dominio Sec7 es responsable de la actividad catalítica GEF en las GTPasas ARF . Las proteínas ARF participan en el tráfico de vesículas . Si bien las GEF ARF presentan secuencias divergentes, contienen un dominio Sec7 conservado. Esta región de 200 aminoácidos es homóloga a la proteína Sec7p de levadura. [ 16 ]

Regulación

Las GEF suelen ser reclutadas por proteínas adaptadoras en respuesta a señales ascendentes. Las GEF son proteínas multidominio e interactúan con otras proteínas dentro de la célula a través de estos dominios. [ 13 ] Las proteínas adaptadoras pueden modular la actividad de las GEF al interactuar con otros dominios además del dominio catalítico. Por ejemplo, SOS1 , la GEF de Ras en la vía MAPK/ERK , es reclutada por la proteína adaptadora GRB2 en respuesta a la activación del receptor de EGF . La unión de SOS1 a GRB2 la localiza en la membrana plasmática, donde puede activar la Ras unida a la membrana . [ 17 ] Otras GEF, como la GEF de Rho Vav1 , se activan tras la fosforilación en respuesta a señales ascendentes. [ 18 ] Los segundos mensajeros, como el AMPc y el calcio, también pueden desempeñar un papel en la activación de las GEF. [ 3 ]

También se ha demostrado la interacción entre las GEF y múltiples vías de señalización de GTPasas. Por ejemplo, SOS contiene un dominio de homología Dbl además de su dominio catalítico CDC25. SOS puede actuar como una GEF para activar Rac1 , una RhoGTPasa, además de su función como GEF para Ras. Por lo tanto, SOS es un vínculo entre las vías de señalización de GTPasas de la familia Ras y la familia Rho. [ 14 ]

Cáncer

Los GEF son objetivos potenciales para la terapia contra el cáncer debido a su papel en muchas vías de señalización, particularmente la proliferación celular. Por ejemplo, muchos cánceres son causados ​​por mutaciones en la vía MAPK/ERK que conducen a un crecimiento descontrolado. El GEF SOS1 activa Ras, cuyo objetivo es la quinasa Raf . Raf es un protooncogén porque se han encontrado mutaciones en esta proteína en muchos cánceres. [ 6 ] [ 13 ] Se ha demostrado que la GTPasa Rho Vav1 , que puede ser activada por el receptor GEF, promueve la proliferación tumoral en el cáncer de páncreas. [ 18 ] Los GEF representan posibles objetivos terapéuticos ya que potencialmente pueden desempeñar un papel en la regulación de estas vías a través de su activación de GTPasas.

Ejemplos

  • Son of sevenless (SOS1) es un GEF importante en la vía MAPK/ERK, que regula el crecimiento celular. SOS1 se une a GRB2 en la membrana plasmática tras la activación del receptor de EGF. SOS1 activa la pequeña proteína G Ras. [ 17 ]
  • eIF2B es un factor de iniciación eucariota necesario para iniciar la traducción de proteínas. eIF2B regenera la forma unida a GTP de eIF2 para un ciclo adicional en la iniciación de la síntesis de proteínas, es decir, su unión al Met-t-RNA. [ 19 ]
  • Los receptores acoplados a proteínas G son receptores transmembrana que actúan como GEF para sus proteínas G correspondientes tras la unión de un ligando. La unión del ligando induce un cambio conformacional que permite al GPCR activar una GTPasa asociada. [ 2 ]
  • RCC1 es el factor de intercambio de nucleótidos de guanina para la GTPasa Ran. Se localiza en el núcleo y cataliza la activación de Ran para permitir la exportación nuclear de proteínas. [ 8 ]
  • Ras-GRF1
  • Kalirin
  • PLEKHG2 [ 20 ]
  • Ephexin5 es un GEF de RhoA involucrado en el desarrollo de la sinapsis neuronal. [ 21 ] [ 22 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ Cherfils J, Zeghouf M (enero de 2013). "Regulación de pequeñas GTPasas por GEF, GAP y GDI". Physiological Reviews . 93 (1): 269– 309. doi : 10.1152/physrev.00003.2012 . PMID 23303910 . 
  2. 1 2 Bruce Alberts; et al. (2002). Biología molecular de la célula . Garland Science. págs. 877–. ISBN   0815332181Consultado el 12 de enero de 2011 .
  3. 1 2 3 4 Bourne HR, Sanders DA, McCormick F (noviembre de 1990). "La superfamilia de GTPasas: un interruptor conservado para diversas funciones celulares". Nature . 348 ( 6297): 125– 32. doi : 10.1038/348125a0 . PMID 2122258. S2CID 4329238 .  
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  6. 1 2 Quilliam LA, Rebhun JF, Castro AF (2002). "Una familia creciente de factores de intercambio de nucleótidos de guanina es responsable de la activación de las GTPasas de la familia Ras". Progress in Nucleic Acid Research and Molecular Biology . 71 : 391–444 . doi : 10.1016/S0079-6603(02)71047-7 . ISBN 9780125400718. PMID 12102558 . 
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