El homólogo de la proteína NUMB es una proteína que en los seres humanos está codificada por el gen NUMB . La proteína codificada por este gen desempeña un papel en la determinación del destino celular durante el desarrollo. La proteína codificada, cuya degradación es inducida de manera dependiente del proteasoma por MDM2 , es una proteína unida a la membrana que se ha demostrado que se asocia con EPS15 , LNX1 y NOTCH1 . Se han encontrado cuatro variantes de transcripción que codifican diferentes isoformas para este gen. [5]
La proteína Numb está codificada por el gen NUMB , cuyo mecanismo parece estar conservado evolutivamente . [6] Numb se ha estudiado ampliamente tanto en invertebrados como en mamíferos, aunque su función se entiende mejor en Drosophila . Numb juega un papel crucial en la división celular asimétrica durante el desarrollo, lo que permite la especificación diferencial del destino celular en los sistemas nerviosos central y periférico. Durante la neurogénesis , Numb se localiza en un lado de la célula madre de tal manera que se distribuye selectivamente a una célula hija. Esta división asimétrica permite que una célula hija que contiene Numb adquiera un destino diferente al de la otra célula hija.
El producto proteico del gen numb controla las decisiones binarias del destino celular en los sistemas nerviosos periférico y central de invertebrados y mamíferos durante la neurogénesis . [7] Durante la división celular, Numb se localiza asimétricamente en un extremo de la célula progenitora y posteriormente se segrega a una sola célula hija donde determina intrínsecamente el destino celular. [7] La señalización de la proteína Numb juega un papel clave en las decisiones binarias del destino celular después de divisiones celulares asimétricas . Una célula hija, generalmente la que recibe Numb, puede adoptar un destino neuronal e inervar el sistema nervioso en desarrollo. La otra célula hija se convierte en una célula progenitora para llenar el papel perdido de la célula madre y mantener la proliferación. Además de su papel en la proliferación y la diferenciación, también se ha demostrado que Numb juega un papel en la tumorigénesis y la respuesta de los progenitores neuronales a las señales quimiotácticas durante la migración.
En los mamíferos, existen cuatro formas de la proteína Numb que se empalman de forma alternativa . Además, existe un homólogo de Numb llamado “similar a Numb” o NUMBL . Las proteínas Numb en los mamíferos no se comprenden tan bien como sus contrapartes en las moscas. Las diversas formas de Numb tienen funciones diferenciales de promoción de progenitores y de promoción de la diferenciación. [8] Se necesita más investigación para comprender las complejas relaciones entre estas formas de Numb y sus funciones.
Tanto en los invertebrados como en los mamíferos, Numb se localiza utilizando el complejo Pins/GαI y el complejo PAR de Bazooka (Par3 en mamíferos), Par6 y aPKC (proteína quinasa C atípica). En la célula precursora de órganos sensoriales (SOP), las proteínas PAR se localizan en el polo posterior de la célula, y el complejo Pins/GαI se localiza en el polo anterior de la célula. Esto da como resultado una división celular anterior/posterior con células hijas de tamaño similar. En los neuroblastos , ambos complejos se localizan en la corteza apical, lo que provoca la división celular apical/basal y las células hijas exhiben una fuerte asimetría de tamaño. [9] En el SOP, se ha propuesto un mecanismo para la localización de Numb basado en el complejo PAR. Afirma que una cascada de fosforilación compleja permite que aPKC fosforile a Numb en la célula premitótica , disminuyendo su afinidad por la membrana plasmática. Esto libera a Numb del polo aPKC, aumentando su presencia en el polo no aPKC. [10] Esto establece la distribución asimétrica de Numb, con la media luna Numb/Pon en un lado de la célula madre.
Otro componente propuesto del complejo de localización es la proteína Partner of Numb (PON), que se localiza asimétricamente durante la mitosis y actúa como una proteína adaptadora al unirse a Numb y mediar su anclaje. La localización de la PON está controlada por la vía de señalización Insc o Frizzled-Wnt. [11]
La función principal de Numb en la diferenciación celular es como inhibidor de la señalización Notch , que es esencial para mantener el potencial de autorrenovación en células madre y progenitoras. Notch es un receptor de señalización transmembrana que se activa por ligandos de la familia DSL . Notch se une a los ligandos Delta y Serrate en Drosophila . Los ligandos humanos son Delta-like y Jagged , respectivamente. Estos ligandos son en sí mismos proteínas integrales de membrana . Después de la unión del ligando del receptor Notch, el fragmento intracelular de Notch (NICD, o dominio intracelular de Notch) se libera en el citoplasma y se transporta al núcleo, donde puede formar un complejo con socios de unión como EP300 y la histona acetiltransferasa y actuar como un factor de transcripción para los genes diana de Notch. [12] Entre los genes diana de Notch se encuentran miembros de las familias de genes HES y HEY cuyos productos proteicos pueden actuar como represores transcripcionales para factores de transcripción específicos de tejido, manteniendo así el potencial de la célula para la autorrenovación.
Numb ejerce su papel funcional en las decisiones sobre el destino celular antagonizando las actividades de señalización de Notch . Los mecanismos moleculares que subyacen a esta relación parecen depender de la ubiquitinación del receptor Notch1 unido a la membrana y la posterior degradación de su NICD tras la activación del receptor. [13] En apoyo de esto, la capacidad de Numb para ubiquitinar Notch1 se correlacionó directamente con su inhibición funcional de las actividades de señalización de Notch1. La vía de ubiquitinación dirige el reciclaje de proteínas al etiquetar directamente proteínas específicas para la degradación del proteasoma . A través de un proceso de varios pasos, la ubiquitina libre primero se une a una enzima activadora (E1) y luego se transfiere a una enzima conjugadora (E2) que se asocia con una ligasa (E3) que funciona como un adaptador para transferir selectivamente la ubiquitina a sustratos proteicos específicos. Se descubrió que la expresión de Numb etiqueta selectivamente el receptor Notch1 de membrana para la ubiquitinación a través de la interacción de su dominio de unión a fosfotirosina con la ubiquitina ligasa E3 Itch. Numb e Itch trabajan en conjunto para promover la ubiquitinación del receptor Notch de longitud completa unido a la membrana antes de la activación. Sin embargo, Numb solo parece promover la degradación del producto de escisión del NICD después de la activación del receptor, lo dirige a la degradación del proteasoma y evita su translocación al núcleo.
Numb actúa como antagonista de Notch al provocar su endocitosis y degradación selectivas. [14] Otro mecanismo propuesto para que esto se lleve a cabo en Drosophila implica una proteína llamada Sanpodo. Sanpodo es una proteína que se asocia tanto con Notch como con Numb. Se encuentra en la membrana plasmática y es necesaria para la activación de Notch, promoviendo la escisión de Notch y la señalización NICD en el núcleo. [9] Numb convierte a Sanpodo de un activador a un inhibidor de la señalización de Notch, magnificando las diferencias en la señalización de Notch entre diferentes células hijas. En las células hijas que contienen Numb, Sanpodo permite que Numb inhiba a Notch. En las células hijas sin Numb, Sanpodo potencia la señalización de Notch. Por lo tanto, Sanpodo permite que las células mantengan la señalización de Notch a un nivel por debajo o por encima del umbral. [6]
Numb se ha estudiado más ampliamente en Drosophila , en particular en el contexto de sus precursores de órganos sensoriales y células madre ganglionares.
El órgano sensorial externo de Drosophila es una estructura sensorial en el sistema nervioso periférico que consta de cuatro células: una neurona, una célula de la vaina que rodea la dendrita y células pilosas y del alvéolo, que se consideran las células de soporte "externas". Los cuatro destinos celulares son descendientes de la célula precursora del órgano sensorial (SOP). En respuesta a las señales adecuadas, las SOP primero se dividen en dos células precursoras secundarias. La célula hija posterior se llama célula pIIa y la célula hija anterior se llama pIIb. La célula pIIa se divide para producir una célula de cerdas y una célula del alvéolo, mientras que la célula pIIb se divide para producir una neurona y una célula glial. La división asimétrica de la SOP en células hijas con destinos distintos depende de la distribución de Numb. Numb se distribuye uniformemente en el citoplasma hasta la división mitótica, cuando se localiza selectivamente en el polo anterior de la célula. Por lo tanto, Numb se segrega selectivamente en la célula hija pIIb tras la división de la SOP. [15]
La pérdida de la función de Numb provoca una diferenciación inapropiada de las células SOP en todas las células pIIa, lo que produce cuatro células de soporte externas y ninguna neurona o glía. [16] En los mutantes Numb con pérdida de función de SOP, las moscas tienen una disminución significativa de las neuronas sensoriales, dejándolas "adormecidas". Los mutantes Notch con ganancia de función expresan un fenotipo similar. [17] La expresión ectópica de Numb durante la división SOP tiene el efecto opuesto, produciendo todas las células pIIb y ninguna célula de soporte externa. En apoyo de experimentos previos que demuestran el papel de Numb en la inhibición de la señalización de Notch, la pérdida funcional de los componentes de la señalización de Notch da como resultado la división SOP en dos células pIIb, lo que sugiere que Numb promueve la adquisición del destino celular pIIb a través de la inhibición de la señalización de Notch. [16] Por lo tanto, la distribución asimétrica de Numb en los precursores secundarios IIb durante la división SOP es necesaria para que las células hija adquieran destinos celulares distintos. [15]
Una célula madre ganglionar (GMC) es la célula derivada de la división de un neuroblasto en el sistema nervioso central de Drosophila . El neuroblasto se divide para producir dos células, una célula progenitora como el neuroblasto madre y una GMC que se dividirá para producir neuronas. El neuroblasto madre se divide a lo largo del eje apical-basal, con Numb localizándose basalmente y terminando en la GMC . [18]
En los embriones de ratones mutantes para Numb, las neuronas tempranas emergen en el patrón espacial y temporal esperado pero no logran mantener un grupo suficiente de progenitores proliferantes y casi agotan la población de células en división poco después del inicio de la neurogénesis. [19] Estos embriones muestran una producción precoz de neuronas en el prosencéfalo y defectos en el cierre del tubo neural, muriendo alrededor del día embrionario 11.5. [20] Estos estudios sugieren un papel funcional de Numb en mamíferos en la promoción del destino de las células progenitoras durante la neurogénesis, lo que se opone directamente al papel propuesto de Numb en invertebrados. Sin embargo, otros estudios han demostrado que la sobreexpresión de Numb en la línea de células madre MONC-1 de la cresta neural de mamíferos sesga la diferenciación neuronal, en consonancia con lo observado en la drosophila. [21]
A diferencia del gen Numb de los invertebrados, el gen Numb de los mamíferos sufre un empalme alternativo para producir al menos cuatro isoformas de Numb funcionalmente diferentes. Si bien las divisiones asimétricas por sí solas pueden producir poblaciones de neuronas suficientes en Drosophila, los cerebros de los mamíferos son mucho más avanzados y requieren poblaciones más grandes de neuronas que no pueden establecerse mediante divisiones asimétricas por sí solas. [22] Por lo tanto, los progenitores corticales de los mamíferos primero deben sufrir divisiones simétricas para expandir el grupo de progenitores antes de que puedan sufrir divisiones asimétricas posteriores para las generaciones neuronales. El cerebro de los mamíferos ha tenido esto en cuenta al producir isoformas de Numb que mantienen poblaciones de progenitores además de las que sustentan la diferenciación neuronal.
Estudios realizados con la línea celular embrionaria de ratón P19 han demostrado que las isoformas con el dominio corto de la región rica en prolina (PRR) promueven la diferenciación neuronal, mientras que las que tienen el dominio PRR largo promueven la proliferación celular y previenen la diferenciación. [23] Las isoformas p71 y p72, que contienen el inserto PRR, se expresan principalmente en tejidos en división activa y se regulan a la baja durante la diferenciación, lo que sugiere que estas isoformas promueven la proliferación celular (Dho et al., 1999). Por el contrario, el gen Numb de Drosophila codifica una proteína de 66 kDa. [21] En consonancia con el hallazgo de que Numb solo favorece la diferenciación y no la proliferación en la división asimétrica, la proteína de 66 kDa de Drosophila es análoga a una isoforma mamífera más corta que carece del inserto PRR y, por lo tanto, promueve la diferenciación celular. [21]
En varios tipos de cáncer, se ha demostrado una pérdida de la expresión de Numb. Esto está bien establecido en el cáncer de mama, donde una pérdida de Numb se correlaciona con un peor pronóstico. [24] La pérdida de Numb también se ha demostrado en el carcinoma de pulmón de células no pequeñas , el carcinoma de glándulas salivales y la leucemia mieloide crónica . La restauración de la función de Numb, o la manipulación de enzimas en el mecanismo de la ubiquitina, son algunas posibles direcciones de investigación para el tratamiento de ciertos tipos de cáncer. [6]
En aproximadamente la mitad de todos los carcinomas mamarios humanos , la supresión mediada por Numb de la señalización de Notch se pierde debido a la ubiquitinación de Numb, marcándola para la degradación proteasomal. [24] Numb actúa como un supresor de oncogén , inhibiendo la proliferación de células tumorales a través de la supresión de la señalización de Notch. Se observa un aumento de la señalización de Notch en tumores donde se ha perdido la actividad de Numb y la sobreexpresión transitoria mediada retroviralmente de la proteína Numb en estos tumores restauró los niveles basales de señalización de Notch y redujo significativamente sus capacidades de formación de colonias. Por lo tanto, el antagonismo biológico entre la señalización de Notch y Numb que controla el equilibrio proliferativo/diferenciativo de muchos linajes celulares parece desempeñar un papel en la carcinogénesis de mama humana y quizás otros tipos de tumorigénesis. La inhibición farmacológica de la señalización de Notch o la mejora de la señalización de Numb podrían ser una fuente de tratamiento para pacientes con cáncer en el futuro.
Se ha postulado que Numb tiene un papel en la supresión tumoral, a través de su capacidad para regular Notch y TP53 . Numb se une e inhibe la ligasa E3 Mdm2 que es responsable de la ubiquitinación y degradación de TP53 . La ablación de Numb en una célula conduce a una disminución de TP53 , lo que causa una apoptosis y una respuesta de punto de control del ciclo celular deterioradas. Restaurar los niveles de Numb también restaura la expresión de TP53 y las capacidades supresoras de tumores. [6]
Los precursores neuronales se generan en zonas proliferativas, antes de migrar a lugares específicos donde maduran y se convierten en neuronas funcionales. Los estudios en Drosophila sugirieron por primera vez que Numb desempeñaba un papel en la migración celular cuando los mutantes mostraban una migración glial defectuosa a lo largo de los tractos axónicos. Desde entonces, se ha descubierto un mecanismo a través del cual Numb se une a los receptores de señalización quimiotáctica , formando un andamiaje para el reclutamiento de PKC atípica (aPKC) al complejo receptor. [25] Una vez activada, la aPKC fosforila a Numb, promoviendo así una respuesta de retroalimentación positiva que potencia la unión de Numb al receptor quimiotáctico y la posterior formación del complejo endosómico. La endocitosis apoya la relocalización del receptor quimiotáctico al frente de la célula para promover la migración direccional mediada por el receptor en respuesta a la activación del receptor.
El factor neurotrófico derivado del cerebro se encuentra entre los factores quimiotácticos que estimulan la quimiotaxis mediada por Numb durante la migración celular. [25] El BDNF puede funcionar como un factor quimiotáctico para los precursores neuronales durante la migración activando los receptores TrkB . Numb se une a los receptores TrkB para actuar como un regulador endocítico de TrkB y promover la activación de aPKC actuando como una proteína de andamiaje. Una vez fosforilada, la aPKC también puede fosforilar a Numb para aumentar su eficacia para unirse a TrkB, promoviendo así la sensibilidad quimiotáctica del precursor al BDNF.
Numb ha demostrado interacciones proteína-proteína con el complejo proteico relacionado con el adaptador 2, alfa 1 , [26] Mdm2 , [27] [28] L1 , [26] DPYSL2 , [26] SIAH1 , [29] P53 [28] y LNX1 . [30]