SMAD4

SMAD4 , también llamado miembro 4 de la familia SMAD , homólogo 4 de Mothers against decapentaplegic o DPC4 (deleted in pancreatic cancer 4), es una proteína altamente conservada presente en todos los metazoos . Pertenece a la familia SMAD de proteínas factor de transcripción , que actúan como mediadores de la transducción de señales de TGF-β. La familia de citocinas TGF -β regula procesos críticos durante el ciclo de vida de los metazoos, con funciones importantes durante el desarrollo embrionario, la homeostasis tisular, la regeneración y la regulación inmunitaria. ^{[ 5 ]}

SMAD4 pertenece al grupo co-SMAD (SMAD mediador común ), la segunda clase de la familia SMAD. SMAD4 es el único co-SMAD conocido en la mayoría de los metazoos. También pertenece a la familia de proteínas Dwarfin, que modulan a miembros de la superfamilia de proteínas TGFβ , una familia de proteínas que desempeñan un papel en la regulación de las respuestas celulares. El SMAD4 de mamíferos es un homólogo de la proteína de Drosophila " Mothers against decapentaplegic ", denominada Medea. ^{[ 6 ]}

SMAD4 interactúa con R-Smads, como SMAD2 , SMAD3 , SMAD1 , SMAD5 y SMAD9 (también llamado SMAD8) para formar complejos heterotriméricos. Los correguladores transcripcionales, como WWTR1 (TAZ), interactúan con SMADs para promover su función. Una vez en el núcleo, el complejo de SMAD4 y dos R-SMADS se une al ADN y regula la expresión de diferentes genes dependiendo del contexto celular. ^{[ 6 ]} Las reacciones intracelulares que involucran a SMAD4 se desencadenan por la unión, en la superficie de las células, de factores de crecimiento de la familia TGFβ . La secuencia de reacciones intracelulares que involucran a SMADS se llama vía SMAD o vía del factor de crecimiento transformante beta (TGF-β) ya que la secuencia comienza con el reconocimiento de TGF-β por las células.

En los humanos, el gen SMAD4 contiene 54 829 pares de bases y se encuentra desde el par n° 51 030 212 hasta el par 51 085 041 en la región 21.1 del cromosoma 18. ^{[ 7 ] [ 8 ]}

SMAD4 es un polipéptido de 552 aminoácidos con un peso molecular de 60,439 Da . SMAD4 tiene dos dominios funcionales conocidos como MH1 y MH2 . 

El complejo de dos SMAD3 (o de dos SMAD2) y un SMAD4 se une directamente al ADN a través de interacciones de sus dominios MH1. Estos complejos son reclutados a sitios en todo el genoma por factores de transcripción definitorios de linaje celular (LDTF) que determinan la naturaleza dependiente del contexto de la acción de TGF-β. Los primeros conocimientos sobre la especificidad de unión al ADN de las proteínas Smad provinieron de cribados de unión de oligonucleótidos, que identificaron el dúplex palindrómico 5'–GTCTAGAC–3' como una secuencia de unión de alta afinidad para los dominios MH1 de SMAD3 y SMAD4. ^{[ 9 ]} También se han identificado otros motivos en promotores y potenciadores. Estos sitios adicionales contienen el motivo CAGCC y las secuencias consenso GGC(GC)|(CG), estas últimas también conocidas como sitios 5GC. ^{[ 10 ]} Los motivos 5GC están altamente representados como grupos de sitios, en regiones unidas a SMAD en todo el genoma. Estos grupos también pueden contener sitios CAG(AC)|(CC). El complejo SMAD3/SMAD4 también se une a los elementos promotores de genes sensibles a TPA, que tienen el motivo de secuencia TGAGTCAG. ^{[ 11 ]}

Las SMAD están altamente conservadas entre especies, especialmente en el dominio MH1 N-terminal y el dominio MH2 C-terminal . Las proteínas SMAD son homólogas tanto de la proteína MAD de Drosophila como de la proteína SMA de C. elegans . El nombre es una combinación de ambas. Durante la investigación con Drosophila , se descubrió que una mutación en el gen MAD de la madre reprimía el gen decapentaplegic en el embrión. Se añadió la frase "Mothers against" (Madres contra) porque las madres suelen formar organizaciones que se oponen a diversos problemas, por ejemplo, Mothers Against Drunk Driving (MADD), lo que refleja "la mejora del efecto materno de dpp "; ^{[ 14 ]} y se basa en una tradición de nombres inusuales dentro de la comunidad científica. ^{[ 15 ]} SMAD4 también se conoce como DPC4, JIP o MADH4.

SMAD4 es una proteína que se define como un efector esencial en la vía de señalización SMAD. SMAD4 actúa como mediador entre los factores de crecimiento extracelulares de la familia TGFβ y los genes del núcleo celular . La abreviatura co en co-SMAD significa mediador común . SMAD4 también se define como un transductor de señales.

En la vía de señalización del TGF-β, los dímeros de TGF-β son reconocidos por un receptor transmembrana, conocido como receptor de tipo II. Una vez activado por la unión del TGF-β, el receptor de tipo II fosforila un receptor de tipo I. El receptor de tipo I también es un receptor de superficie celular . Este receptor fosforila entonces las proteínas SMADS reguladas por receptores intracelulares (R-SMADS), como SMAD2 o SMAD3. Las R-SMADS fosforiladas se unen a SMAD4. La asociación R-SMADS-SMAD4 forma un complejo heteromérico . Este complejo se desplaza del citoplasma al núcleo: se trata de una translocación. SMAD4 puede formar complejos heterotriméricos, heterohexaméricos o heterodiméricos con las R-SMADS.

SMAD4 es un sustrato de la quinasa Erk / MAPK ^{[ 16 ]} y GSK3 . ^{[ 17 ]} La ​​estimulación de la vía FGF ( factor de crecimiento de fibroblastos ) conduce a la fosforilación de Smad4 por Erk del sitio MAPK canónico ubicado en la treonina 277. Este evento de fosforilación tiene un doble efecto sobre la actividad de Smad4. Primero, permite que Smad4 alcance su pico de actividad transcripcional al activar un dominio de activación de la transcripción regulado por factor de crecimiento ubicado en la región de enlace de Smad4, SAD (dominio de activación de Smad). ^{[ 18 ]} Segundo, MAPK prepara a Smad4 para fosforilaciones mediadas por GSK3 que causan inhibición transcripcional y también generan un fosfodegrón utilizado como sitio de acoplamiento por la ubiquitina ligasa E3 Beta-transducin Repeat Containing ( beta-TrCP ) que poliubiquitina Smad4 y lo dirige para su degradación en el proteasoma . ^{[ 19 ]} Se ha propuesto que las fosforilaciones de Smad4 GSK3 regulan la estabilidad de la proteína durante la progresión del cáncer de páncreas y de colon . ^{[ 20 ]}

En el núcleo, el complejo heteromérico se une a los promotores e interactúa con los activadores transcripcionales. Los complejos SMAD3 /SMAD4 pueden unirse directamente al SBE. Estas asociaciones son débiles y requieren factores de transcripción adicionales , como miembros de la familia AP-1 , TFE3 y FoxG1, para regular la expresión génica . ^{[ 21 ]}

Muchos ligandos de TGFβ utilizan esta vía y, posteriormente, SMAD4 está involucrado en muchas funciones celulares como la diferenciación , la apoptosis , la gastrulación , el desarrollo embrionario y el ciclo celular .

Los experimentos genéticos, como la eliminación de genes (KO), que consiste en modificar o inactivar un gen, pueden llevarse a cabo para observar los efectos de una disfunción del gen SMAD 4 en el organismo de estudio. Estos experimentos suelen realizarse en el ratón doméstico ( Mus musculus ).

Se ha demostrado que, en ratones con deleción del gen SMAD4 , las células de la granulosa , que secretan hormonas y factores de crecimiento durante el desarrollo del ovocito , sufren luteinización prematura y expresan niveles más bajos de receptores de la hormona foliculoestimulante (FSHR) y niveles más altos de receptores de la hormona luteinizante (LHR). Esto puede deberse en parte a la alteración de los efectos de la proteína morfogenética ósea-7 ( BMP-7), ya que esta utiliza la vía de señalización de SMAD4. ^{[ 22 ] [ 23 ]}

Las deleciones en los genes que codifican SMAD1 y SMAD5 también se han relacionado con tumores metastásicos de células de la granulosa en ratones. ^{[ 24 ]}

El gen SMAD4 se encuentra frecuentemente mutado en muchos tipos de cáncer. Esta mutación puede ser hereditaria o adquirida durante la vida de un individuo. Si es hereditaria, afecta tanto a las células somáticas como a las de los órganos reproductores. Si la mutación de SMAD4 es adquirida, solo estará presente en ciertas células somáticas. De hecho, SMAD4 no es sintetizado por todas las células. La proteína está presente en la piel, el páncreas, el colon, el útero y las células epiteliales. También es producida por los fibroblastos . El SMAD4 funcional participa en la regulación de la vía de transducción de señales TGF-β, que regula negativamente el crecimiento de las células epiteliales y la matriz extracelular (MEC). Cuando la estructura de SMAD4 se altera, la expresión de los genes implicados en el crecimiento celular deja de estar regulada y la proliferación celular puede continuar sin ninguna inhibición. El elevado número de divisiones celulares conduce a la formación de tumores y, posteriormente, al cáncer colorrectal multiploide y al carcinoma pancreático . Se encuentra inactivado en al menos el 50% de los cánceres de páncreas. ^{[ 25 ]}

Se ha demostrado que las mutaciones somáticas encontradas en cánceres humanos del dominio MH1 de SMAD 4 inhiben la función de unión al ADN de este dominio.

También se ha encontrado mutado el gen SMAD4 en el síndrome de poliposis juvenil (SPJ), una enfermedad autosómica dominante . El SPJ se caracteriza por pólipos hamartomatosos en el tracto gastrointestinal (GI). Estos pólipos suelen ser benignos, pero presentan un mayor riesgo de desarrollar cánceres gastrointestinales , en particular cáncer de colon . Se han identificado alrededor de 60 mutaciones causantes del SPJ. Estas mutaciones se han relacionado con la producción de una proteína SMAD4 más pequeña, con dominios faltantes que impiden que la proteína se una a R-SMADS y forme complejos heteroméricos . ^{[ 8 ]}

Las mutaciones en SMAD4 (principalmente sustituciones) pueden causar el síndrome de Myhre , un trastorno hereditario poco frecuente caracterizado por discapacidad intelectual, baja estatura, rasgos faciales inusuales y diversas anomalías óseas. ^{[ 26 ] [ 27 ]}

• Entrada de GeneReviews/NCBI/NIH/UW sobre telangiectasia hemorrágica hereditaria
• Entrada de GeneReviews/NCBI/NIH/UW sobre el síndrome de poliposis juvenil
• Base de datos de variantes del gen SMAD4