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arrestar

Las arrestinas (abreviadas Arr ) son una pequeña familia de proteínas importantes para regular la transducción de señales en los receptores acoplados a proteína G. [2] [3] Las arrestinas fueron descubiertas por primera vez como parte de un mecanismo conservado de dos pasos para regular la actividad de los receptores acoplados a proteína G (GPCR) en el sistema visual de rodopsina por Hermann Kühn, Scott Hall y Ursula Wilden [4 ] y en el sistema β-adrenérgico por Martin J. Lohse y colaboradores. [5] [6]

Función

En respuesta a un estímulo, los GPCR activan proteínas G heterotriméricas . Para desactivar esta respuesta o adaptarse a un estímulo persistente, es necesario desensibilizar los receptores activos. El primer paso en la desensibilización es la fosforilación del receptor por una clase de serina/treonina quinasas llamadas quinasas receptoras acopladas a proteína G (GRK). La fosforilación de GRK prepara específicamente el receptor activado para la unión de arrestina. La unión de la arrestina al receptor bloquea aún más la señalización mediada por la proteína G y se dirige a los receptores para su internalización, y redirige la señalización a vías alternativas independientes de la proteína G, como la señalización de la β-arrestina. [7] [8] [9] [10] [6] Además de los GPCR, las arrestinas se unen a otras clases de receptores de la superficie celular y a una variedad de otras proteínas de señalización. [11]

Subtipos

Los mamíferos expresan cuatro subtipos de arrestina y cada subtipo de arrestina se conoce con múltiples alias. El nombre sistemático de arrestina (1-4) más los alias más utilizados para cada subtipo de arrestina se enumeran en negrita a continuación:

Los peces y otros vertebrados parecen tener sólo tres arrestinas: hasta ahora no se ha clonado ningún equivalente de la arrestina-2, que es el subtipo no visual más abundante en los mamíferos. El protocordado Ciona intestinalis (ascidia) tiene una sola arrestina, que sirve como visual en su larva móvil con ojos muy desarrollados, y se vuelve genérica no visual en el adulto ciego sésil. Las posiciones conservadas de múltiples intrones en su gen y las de nuestros subtipos de arrestina sugieren que todos evolucionaron a partir de esta arrestina ancestral. [12] Los invertebrados inferiores, como el nematodo Caenorhabditis elegans , también tienen una sola arrestina. Los insectos tienen arr1 y arr2, originalmente denominados "arrestinas visuales" porque se expresan en fotorreceptores, y un subtipo no visual (kurtz en Drosophila ). Más tarde se descubrió que arr1 y arr2 desempeñaban un papel importante en las neuronas olfativas y se les pasó el nombre de "sensoriales". Los hongos tienen parientes lejanos de la arrestina involucrados en la detección del pH.

Distribución de tejidos

Una o más arrestinas se expresan en prácticamente todas las células eucariotas. En los mamíferos, la arrestina-1 y la arrestina-4 se limitan en gran medida a los fotorreceptores, mientras que la arrestina-2 y la arrestina-3 son ubicuas. Las neuronas tienen el nivel de expresión más alto de ambos subtipos no visuales. En los precursores neuronales, ambos se expresan en niveles comparables, mientras que en las neuronas maduras la arrestina-2 está presente en niveles entre 10 y 20 veces más altos que la arrestina-3.

Mecanismo

Las arrestinas bloquean el acoplamiento de GPCR a las proteínas G de dos maneras. En primer lugar, la unión de la arrestina a la cara citoplasmática del receptor ocluye el sitio de unión de la proteína G heterotrimérica, impidiendo su activación (desensibilización). [13] En segundo lugar, la arrestina vincula el receptor a elementos de la maquinaria de internalización, la clatrina y el adaptador de clatrina AP2 , que promueve la internalización del receptor a través de fosas recubiertas y el transporte posterior a compartimentos internos, llamados endosomas . Posteriormente, el receptor podría dirigirse a compartimentos de degradación ( lisosomas ) o reciclarse de nuevo a la membrana plasmática, donde puede volver a emitir señales. La fuerza de la interacción arrestina-receptor desempeña un papel en esta elección: los complejos más estrechos tienden a aumentar la probabilidad de degradación del receptor (Clase B), mientras que los complejos más transitorios favorecen el reciclaje (Clase A), aunque esta “regla” está lejos de ser absoluta. [2] Más recientemente se descubrieron interacciones directas entre las proteínas G de la familia Gi/o y Arrestin aguas abajo de múltiples receptores, independientemente del acoplamiento canónico de la proteína G. [14] Estos hallazgos recientes introducen un mecanismo de señalización de GPCR distinto de la activación canónica de la proteína G y la desensibilización de la β-arrestina en la que los GPCR causan la formación de complejos de señalización Gαi:β-arrestina.

Estructura

Las arrestinas son moléculas alargadas, en las que varias interacciones intramoleculares mantienen la orientación relativa de los dos dominios. Las arrestinas de células no estimuladas se localizan en el citoplasma en una conformación basal "inactiva". Los GPCR fosforilados activos reclutan arrestina a la membrana plasmática. La unión del receptor induce un cambio conformacional global que implica el movimiento de los dos dominios de arrestina y la liberación de su cola C-terminal que contiene clatrina y sitios de unión AP2. La mayor accesibilidad de estos sitios en la arrestina unida al receptor dirige el complejo receptor de arrestina a la fosa recubierta. Las arrestinas también se unen a los microtúbulos (parte del “esqueleto” celular), donde asumen otra conformación, diferente tanto de la forma libre como de la unida al receptor. Las arrestinas unidas a microtúbulos reclutan ciertas proteínas en el citoesqueleto, lo que afecta su actividad y/o la redirige a proteínas asociadas a microtúbulos.

Las arrestinas se desplazan entre el núcleo celular y el citoplasma . Sus funciones nucleares no se comprenden completamente, pero se demostró que los cuatro subtipos de arrestina de mamíferos eliminan del núcleo algunas de sus parejas, como la proteína quinasa JNK3 o la ubiquitina ligasa Mdm2 . Las arrestinas también modifican la expresión genética al mejorar la transcripción de ciertos genes.

Referencias

  1. ^ ab PDB : 1CF1 ​; Hirsch JA, Schubert C, Gurevich VV, Sigler PB (abril de 1999). "La estructura cristalina 2.8 A de la arrestina visual: un modelo para la regulación de la arrestina". Celúla . 97 (2): 257–69. doi : 10.1016/S0092-8674(00)80735-7 . PMID  10219246. S2CID  17124300.
  2. ^ ab Moore CA, Milano SK, Benovic JL (2007). "Regulación del tráfico de receptores por GRK y arrestinas". Revisión anual de fisiología . 69 : 451–82. doi : 10.1146/annurev.physiol.69.022405.154712. PMID  17037978.
  3. ^ Lefkowitz RJ, Shenoy SK (abril de 2005). "Transducción de señales de receptores por beta-arrestinas". Ciencia . 308 (5721): 512–7. Código Bib : 2005 Ciencia... 308.. 512L. doi : 10.1126/ciencia.1109237. PMID  15845844. S2CID  26931077.
  4. ^ Wilden U, Hall SW, Kühn H (marzo de 1986). "La activación de la fosfodiesterasa por la rodopsina fotoexcitada se apaga cuando la rodopsina se fosforila y se une a la proteína intrínseca de 48 kDa de los segmentos externos de los bastones". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 83 (5): 1174–8. Código bibliográfico : 1986PNAS...83.1174W. doi : 10.1073/pnas.83.5.1174 . PMC 323037 . PMID  3006038. 
  5. ^ Lohse MJ, Benovic JL, Codina J, Caron MG, Lefkowitz RJ (junio de 1990). "beta-Arrestin: una proteína que regula la función del receptor beta-adrenérgico". Ciencia . 248 (4962): 1547–50. Código bibliográfico : 1990 Ciencia... 248.1547L. doi : 10.1126/ciencia.2163110. PMID  2163110.
  6. ^ ab Gurevich VV, Gurevich EV (junio de 2006). "La base estructural de la regulación mediada por arrestina de los receptores acoplados a proteína G". Farmacología y Terapéutica . 110 (3): 465–502. doi :10.1016/j.pharmthera.2005.09.008. PMC 2562282 . PMID  16460808. 
  7. ^ Smith JS, Lefkowitz RJ, Rajagopal S (enero de 2018). "Señalización sesgada: desde simples interruptores hasta microprocesadores alostéricos". Reseñas de la naturaleza. Descubrimiento de medicamento . 17 (4): 243–260. doi :10.1038/nrd.2017.229. PMC 5936084 . PMID  29302067. 
  8. ^ Cahill TJ, Thomsen AR, Tarrasch JT, Plouffe B, Nguyen AH, Yang F, et al. (febrero de 2017). "Las distintas conformaciones de los complejos GPCR-β-arrestina median la desensibilización, la señalización y la endocitosis". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 114 (10): 2562–2567. Código Bib : 2017PNAS..114.2562C. doi : 10.1073/pnas.1701529114 . PMC 5347553 . PMID  28223524. 
  9. ^ Kumari P, Srivastava A, Banerjee R, Ghosh E, Gupta P, Ranjan R, Chen X, Gupta B, Gupta C, Jaiman D, Shukla AK (noviembre de 2016). "Competencia funcional de un complejo GPCR-β-arrestina parcialmente comprometido". Comunicaciones de la naturaleza . 7 : 13416. Código Bib : 2016NatCo...713416K. doi : 10.1038/ncomms13416. PMC 5105198 . PMID  27827372. 
  10. ^ Kumari P, Srivastava A, Ghosh E, Ranjan R, Dogra S, Yadav PN, Shukla AK (abril de 2017). "La interacción central con β-arrestina es prescindible para la endocitosis del receptor de vasopresina inducida por agonistas y la activación de ERK". Biología molecular de la célula . 28 (8): 1003–10. doi :10.1091/mbc.E16-12-0818. PMC 5391177 . PMID  28228552. 
  11. ^ Gurevich VV, Gurevich EV (febrero de 2004). "Las acrobacias moleculares de la activación de la arrestina". Tendencias en Ciencias Farmacológicas . 25 (2): 105–11. doi :10.1016/j.tips.2003.12.008. PMID  15102497.
  12. ^ Gurevich EV, Gurevich VV (2006). "Arrestinas: reguladores ubicuos de las vías de señalización celular". Biología del genoma . 7 (9): 236. doi : 10.1186/gb-2006-7-9-236 . PMC 1794542 . PMID  17020596. 
  13. ^ Kang Y, Zhou XE, Gao X, He Y, Liu W, Ishchenko A, et al. (Julio de 2015). "Estructura cristalina de rodopsina unida a arrestina mediante láser de rayos X de femtosegundo". Naturaleza . 523 (7562): 561–7. Código Bib :2015Natur.523..561K. doi : 10.1038/naturaleza14656. PMC 4521999 . PMID  26200343. 
  14. ^ Smith JS, Paquete TF y col. (2021). "Andamiaje no canónico de Gαi y β-arrestina por receptores acoplados a proteína G". Ciencia . 371 (antes de imprimir): eaay1833. doi : 10.1126/ciencia.aay1833. PMC 8005335 . PMID  33479120. 
  15. ^ Han M, Gurevich VV, Vishnivetskiy SA, Sigler PB, Schubert C (septiembre de 2001). "Estructura cristalina de beta-arrestina en 1,9 A: posible mecanismo de unión al receptor y translocación de membrana". Estructura . 9 (9): 869–80. doi : 10.1016/S0969-2126(01)00644-X . PMID  11566136.

enlaces externos