La proteína de unión en hendidura alfa-1 ( GJA1 ), también conocida como conexina 43 ( Cx43 ), es una proteína que en los humanos está codificada por el gen GJA1 en el cromosoma 6. [5] [6] [7] Como conexina , GJA1 es un componente de las uniones en hendidura , que permiten la comunicación intercelular de unión en hendidura (GJIC) entre células para regular la muerte celular , la proliferación y la diferenciación . [8] Como resultado de su función, GJA1 está implicada en muchos procesos biológicos, incluida la contracción muscular , el desarrollo embrionario , la inflamación y la espermatogénesis , así como en enfermedades , incluida la displasia oculodentodigital (ODDD), malformaciones cardíacas y cánceres . [7] [9] [10]
GJA1 es una proteína de 43,0 kDa compuesta por 382 aminoácidos . [11] GJA1 contiene una larga cola C-terminal , un dominio N-terminal y múltiples dominios transmembrana . La proteína pasa a través de la bicapa de fosfolípidos cuatro veces, dejando sus terminales C y N expuestas al citoplasma . [12] La cola C-terminal está compuesta por 50 aminoácidos e incluye sitios de modificación postraduccional , así como sitios de unión para factores de transcripción , elementos del citoesqueleto y otras proteínas. [12] [13] Como resultado, la cola C-terminal es fundamental para funciones como la regulación de la compuerta de pH y el ensamblaje del canal. En particular, la región de ADN del gen GJA1 que codifica esta cola está altamente conservada, lo que indica que es resistente a las mutaciones o se vuelve letal cuando muta. Mientras tanto, el dominio N-terminal está involucrado en la compuerta y oligomerización del canal y, por lo tanto, puede controlar el cambio entre los estados abierto y cerrado del canal. Los dominios transmembrana forman el canal de unión en hendidura, mientras que los bucles extracelulares facilitan el acoplamiento adecuado del canal. Además, dos bucles extracelulares forman enlaces disulfuro que interactúan con dos hexámeros para formar un canal de unión en hendidura completo. [12]
El sitio de entrada interna al ribosoma de la conexina-43 es un elemento del ARN presente en el extremo 5' UTR del ARNm de GJA1. Este sitio de entrada interna al ribosoma (IRES) permite la traducción independiente de la caperuza durante condiciones como el choque térmico y el estrés. [14]
Como miembro de la familia de las conexinas , GJA1 es un componente de las uniones estrechas , que son canales intercelulares que conectan células adyacentes para permitir el intercambio de moléculas de bajo peso molecular, como iones pequeños y mensajeros secundarios , para mantener la homeostasis . [7] [12] [15]
GJA1 es la conexina expresada de forma más ubicua y se detecta en la mayoría de los tipos de células. [7] [9] [12] Es la proteína principal en las uniones estrechas del corazón y se supone que desempeña un papel crucial en la contracción sincronizada del corazón. [7] A pesar de su papel clave en el corazón y otros órganos vitales, GJA1 tiene una vida media corta (solo dos a cuatro horas), lo que indica que la proteína sufre una renovación diaria en el corazón y puede ser muy abundante o compensarse con otras conexinas. [12] GJA1 también está muy involucrado en el desarrollo embrionario . [7] [8] Por ejemplo, se observó que el factor de crecimiento transformante beta 1 (TGF-β1) induce la expresión de GJA1 a través de las vías de señalización Smad y ERK1 /2 , lo que resulta en la diferenciación de células del trofoblasto en la placenta . [8]
Además, GJA1 se expresa en muchas células inmunes , como los eosinófilos y las células T , donde su función de unión en hendidura promueve la maduración y activación de estas células y, por extensión, la comunicación cruzada necesaria para generar una respuesta inflamatoria . [10] También se ha demostrado que los macrófagos uterinos se acoplan físicamente directamente con los miocitos uterinos a través de GJA1, transfiriendo Ca²⁺ , para promover la contracción y excitación del músculo uterino durante el inicio del parto humano . [16]
Además, GJA1 se puede encontrar en las células de Leydig y los túbulos seminíferos entre las células de Sertoli y las espermatogonias o espermatocitos primarios , donde desempeña un papel clave en la espermatogénesis y el desarrollo de los testículos a través del control de las proteínas de unión estrecha en la barrera hemato-testicular .
Si bien es una proteína de canal, GJA1 también puede realizar funciones independientes del canal. En el citoplasma , la proteína regula la red de microtúbulos y, por extensión, la migración y polaridad celular . [9] [13] Esta función se ha observado en el desarrollo del cerebro y el corazón, así como en la cicatrización de heridas en las células endoteliales . [13] También se ha observado que GJA1 se localiza en las mitocondrias, donde promueve la supervivencia celular al regular a la baja la vía apoptótica intrínseca durante condiciones de estrés oxidativo. [15]
Las mutaciones en este gen se han asociado con ODDD ; displasia craneometafisaria ; síndrome de muerte súbita del lactante , que está vinculado a arritmia cardíaca ; síndrome de Hallermann-Streiff ; y malformaciones cardíacas, como heterotaxia víscero-atrial . [7] [9] [12] [17] También ha habido algunos casos de pérdida auditiva y trastornos de la piel no relacionados con ODDD. [12] En última instancia, GJA1 tiene baja tolerancia a las desviaciones de su secuencia original, con mutaciones que resultan en pérdida o ganancia de la función del canal que conducen a fenotipos de enfermedad. [12] Sin embargo, es paradójico que los pacientes con una variedad de mutaciones somáticas en GJA1 con mayor frecuencia no presenten arritmias cardíacas , a pesar de que la conexina-43 es la proteína más abundante que forma poros de unión en hendidura en los cardiomiocitos y es esencial para la propagación normal del potencial de acción . [18]
En particular, la expresión de GJA1 se ha asociado con una amplia variedad de cánceres, incluidos el carcinoma nasofaríngeo , el meningioma , el hemangiopericitoma , el tumor de hígado , el cáncer de colon , el cáncer de esófago , el cáncer de mama , el mesotelioma , el glioblastoma , el cáncer de pulmón , los tumores adrenocorticales , el cáncer de células renales , el carcinoma de cuello uterino , el carcinoma de ovario , el carcinoma de endometrio , el cáncer de próstata , el carcinoma de tiroides y el cáncer testicular . [9] Se pensaba que su papel en el control de la motilidad y la polaridad celular contribuía al desarrollo del cáncer y la metástasis , aunque su papel como proteína de unión en hendidura también puede estar involucrado. [9] [15] Además, los efectos citoprotectores de esta proteína pueden promover la supervivencia de las células tumorales en los tratamientos de radioterapia , mientras que silenciar su gen aumenta la radiosensibilidad. Como resultado, GJA1 puede servir como objetivo para mejorar el éxito del tratamiento radioterapéutico del cáncer. [15] Como biomarcador, GJA1 también podría utilizarse para evaluar el riesgo de cáncer de testículo en varones jóvenes. [9]
La hormona tiroidea triyodotironina (T3) regula a la baja la expresión de GJA1. Se supone que este es un mecanismo clave por el que la velocidad de conducción en el tejido miocárdico se reduce en la tirotoxicosis , lo que promueve la arritmia cardíaca . [19]
Actualmente, solo el rotigaptide , un fármaco basado en péptidos antiarrítmicos, y sus derivados , como el danegaptide, han llegado a ensayos clínicos para tratar patologías cardíacas mediante la mejora de la expresión de GJA1. Alternativamente, los fármacos podrían dirigirse a las conexinas complementarias, como Cx40 , que funcionan de manera similar a GJA1. Sin embargo, ambos enfoques aún requieren un sistema para dirigirse al tejido enfermo para evitar inducir anomalías del desarrollo en otras partes. [12] Por lo tanto, un enfoque más eficaz implica diseñar un miRNA a través de oligonucleótidos antisentido , transfección o infección para inhibir solo el ARNm de GJA1 mutante, permitiendo así la expresión de GJA1 de tipo salvaje y conservando el fenotipo normal . [9] [12]
Se ha demostrado que la proteína de unión estrecha, alfa 1, interactúa con: