RAPGEF3

El factor de intercambio de nucleótidos de guanina Rap 3, también conocido como factor de intercambio activado directamente por cAMP 1 (EPAC1) o factor de intercambio de nucleótidos de guanina regulado por cAMP I (cAMP-GEFI), es una proteína que en humanos está codificada por el gen RAPGEF3 . ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}

Como su nombre indica, las proteínas EPAC (EPAC1 y EPAC2 ) son una familia de sensores intracelulares de cAMP y funcionan como factores de intercambio de nucleótidos para la subfamilia Rap de pequeñas GTPasas similares a RAS .

Desde el descubrimiento histórico del segundo mensajero prototípico cAMP en 1957, se han identificado tres familias de receptores de cAMP eucariotas que median las funciones intracelulares del cAMP. Mientras que la proteína quinasa A (PKA) o la proteína quinasa dependiente de cAMP y el canal iónico regulado por nucleótidos cíclicos ( CNG y HCN ) se revelaron inicialmente en 1968 y 1985 respectivamente; los genes EPAC fueron descubiertos en 1998 independientemente por dos grupos de investigación. Kawasaki et al. identificaron cAMP-GEFI y cAMP-GEFII como genes nuevos enriquecidos en el cerebro utilizando un protocolo de visualización diferencial y mediante el cribado de clones con motivo de unión a cAMP. ^{[ 7 ]} De Rooij y colegas realizaron una búsqueda en la base de datos de proteínas con homología de secuencia a ambos GEF para Ras y Rap1 y a sitios de unión a cAMP, lo que condujo a la identificación y posterior clonación del gen RAPGEF3 . ^{[ 6 ]} El descubrimiento de los sensores de cAMP de la familia EPAC sugiere que la complejidad y las posibles lecturas de la señalización de cAMP son mucho más elaboradas de lo que se había previsto. Esto se debe a que los efectos fisiológicos netos del cAMP implican la integración de vías dependientes de EPAC y PKA, que pueden actuar de forma independiente, converger sinérgicamente u oponerse entre sí en la regulación de una función celular específica. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}

El gen humano RAPGEF3 está presente en el cromosoma 12 (12q13.11: 47.734.367-47.771.041). ^{[ 11 ]} De las muchas variantes de transcripción predichas , tres que están validadas en la base de datos del NCBI incluyen la variante de transcripción 1 (6.239 pb), 2 (5.773 pb) y 3 (6.003 pb). Mientras que la variante 1 codifica para EPAC1a (923 aminoácidos), tanto la variante 2 como la 3 codifican para EPAC1b (881 aminoácidos). ^{[ 5 ]}

En los mamíferos, la familia de proteínas EPAC contiene dos miembros: EPAC1 (esta proteína) y EPAC2 ( RAPGEF4 ). Además, pertenecen a una familia más extensa de proteínas GEF específicas de Rap/Ras que también incluyen C3G ( RAPGEF1 ), PDZ-GEF1 ( RAPGEF2 ), PDZ-GEF2 ( RAPGEF6 ), Repac ( RAPGEF5 ), CalDAG - GEF1 ( ARHGEF1 ), CalDAG-GEF3 ( ARHGEF3 ), PLCε1 ( PLCE1 ) y RasGEF1A , B , C.

Las proteínas EPAC constan de dos lóbulos/mitades estructurales conectados por la denominada región central de "interruptor". ^{[ 12 ]} El lóbulo regulador N-terminal es responsable de la unión del AMPc, mientras que el lóbulo C-terminal contiene la actividad del factor de intercambio de nucleótidos . En el estado basal sin AMPc, EPAC se mantiene en una conformación autoinhibitoria, en la que el lóbulo N-terminal se pliega sobre el lóbulo C-terminal, bloqueando el sitio activo . ^{[ 13 ] [ 14 ]} La unión del AMPc a EPAC induce un movimiento de bisagra entre las mitades reguladora y catalítica. Como consecuencia, el lóbulo regulador se aleja del lóbulo catalítico, liberando el sitio activo. ^{[ 15 ] [ 16 ]} Además, el AMPc también provoca cambios conformacionales dentro del lóbulo regulador que conducen a la exposición de un motivo de unión a lípidos, permitiendo la correcta localización de EPAC1 en la membrana plasmática. ^{[ 17 ] [ 18 ]} Los cambios entrópicas favorables en la dinámica de las proteínas también se han relacionado con la activación de EPAC mediada por cAMP. ^{[ 19 ] [ 20 ]}

La expresión del ARNm de EPAC1 en humanos y ratones es bastante ubicua. Según la documentación del Atlas de Proteínas Humanas, el ARNm de EPAC1 es detectable en todos los tejidos humanos normales. Además, se pueden medir niveles medios a altos de la proteína correspondiente en más del 50 % de las 80 muestras de tejido analizadas. ^{[ 21 ]} En ratones, se detectan altos niveles de ARNm de EPAC1 en riñón, ovario, músculo esquelético, tiroides y ciertas áreas del cerebro. ^{[ 7 ]}

EPAC1 es una proteína multifuncional cuyas funciones celulares están estrictamente reguladas de manera espacial y temporal. EPAC1 se localiza en diversas ubicaciones subcelulares durante las diferentes etapas del ciclo celular. ^{[ 22 ]} Mediante interacciones con una variedad de socios celulares, se ha demostrado que EPAC1 forma señalesomas discretos en la membrana plasmática, ^{[ 18 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]} la envoltura nuclear, ^{[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]} y el citoesqueleto, ^{[ 29 ] [ 30 ] [ 31 ]} donde EPAC1 regula numerosas funciones celulares.

Los estudios basados ​​en modelos de ratón genéticamente modificados de EPAC1 han proporcionado información valiosa para comprender las funciones in vivo de EPAC1 en condiciones fisiológicas y fisiopatológicas. En general, los ratones deficientes en EPAC1 o en EPAC1 y EPAC2 parecen relativamente normales, sin defectos fenotípicos importantes. Estas observaciones concuerdan con el hecho de que el AMPc es una señal importante de respuesta al estrés, pero no esencial para la supervivencia. Esto convierte a EPAC1 en una diana atractiva para la intervención terapéutica, ya que la toxicidad de los fármacos basados ​​en EPAC probablemente será baja. Hasta la fecha, los análisis genéticos y farmacológicos de EPAC1 en ratones han revelado que EPAC1 desempeña funciones importantes en el estrés cardíaco y la insuficiencia cardíaca , ^{[ 32 ] [ 33 ]} la resistencia a la leptina y la homeostasis energética , ^{[ 34 ] [ 35 ] [ 36 ]} el dolor crónico , ^{[ 37 ] [ 38 ]} la infección , ^{[ 39 ] [ 40 ]} la metástasis del cáncer , ^{[ 41 ]} el metabolismo ^{[ 42 ]} y la hemostasia secundaria . ^{[ 43 ]} Curiosamente, los ratones deficientes en EPAC1 tienen un tiempo de coagulación prolongado y menos plaquetas sanguíneas, más jóvenes, más grandes y con mayor respuesta a agonistas . EPAC1 no está presente en las plaquetas maduras, pero es necesario para la megacariopoyesis normal y la expresión posterior de varias proteínas importantes involucradas en funciones plaquetarias clave. ^{[ 43 ]}

Ha habido un interés significativo en descubrir y desarrollar pequeños moduladores específicos para las proteínas EPAC para comprender mejor las funciones de la señalización de cAMP mediada por EPAC, así como para explorar el potencial terapéutico de dirigirse a las proteínas EPAC. El diseño basado en la estructura dirigido a la diferencia clave entre los sitios de unión de cAMP de EPAC y PKA condujo a la identificación de un análogo de cAMP, 8-pCPT-2'-O-Me-cAMP que es capaz de activar selectivamente EPAC1. ^{[ 44 ] [ 45 ]} Modificaciones adicionales permitieron el desarrollo de agonistas específicos de EPAC más permeables a la membrana y metabólicamente estables . ^{[ 46 ] [ 47 ] [ 48 ] [ 49 ]}

Un esfuerzo de cribado de alto rendimiento dio como resultado el descubrimiento de varios inhibidores específicos de EPAC (ESI) novedosos, ^{[ 50 ] [ 51 ] [ 52 ]} entre los cuales dos ESI actúan como antagonistas selectivos de EPAC2 con actividad insignificante hacia EPAC1. ^{[ 51 ]} También se ha informado de otro ESI, CE3F4, con selectividad moderada para EPAC1 sobre EPAC2. ^{[ 53 ]} El descubrimiento de antagonistas específicos de EPAC representa un hito en la investigación que permite la manipulación farmacológica de la actividad de EPAC. En particular, un antagonista de EPAC , ESI-09, con excelente actividad y mínima toxicidad in vivo, ha demostrado ser una herramienta farmacológica útil para investigar las funciones fisiológicas de las proteínas EPAC y para probar el potencial terapéutico de dirigirse a EPAC en modelos animales de enfermedades. ^{[ 39 ] [ 41 ] [ 54 ]}