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Proteína de choque térmico alfa de 90 kDa (citosólica), miembro A1

La proteína de choque térmico HSP 90-alfa es una proteína que en los humanos está codificada por el gen HSP90AA1 . [5] [6]

Función

El gen, HSP90AA1, codifica la proteína alfa de choque térmico de 90 kDa inducible por estrés humano (Hsp90A). Complementada por el parálogo Hsp90B expresado constitutivamente que comparte más del 85% de identidad de secuencia de aminoácidos, la expresión de Hsp90A se inicia cuando una célula experimenta estrés proteotóxico. Una vez expresados, los dímeros de Hsp90A funcionan como chaperonas moleculares que se unen y pliegan otras proteínas en sus estructuras tridimensionales funcionales. Esta capacidad de acompañamiento molecular de Hsp90A está impulsada por un ciclo de reordenamientos estructurales impulsados ​​por la hidrólisis de ATP. La investigación actual sobre Hsp90A se centra en su papel como diana farmacológica debido a su interacción con una gran cantidad de proteínas promotoras de tumores y su papel en la adaptación celular al estrés.

Estructura genética

La HSP90AA1 humana está codificada en la cadena del complemento del cromosoma 14q32.33 y abarca más de 59 kpb. Existen varios pseudogenes de HSP90AA1 en todo el genoma humano ubicados en los cromosomas 3, 4, 11 y 14. [7] El gen HSP90AA1 codifica dos transcripciones de ARNm distintas iniciadas desde sitios de inicio de transcripción (TSS) separados. Actualmente no se han verificado variantes de empalme de ARNm de HSP90AA1. La variante de transcripción 1 (TV1, NM_001017963.2) codifica la isoforma 1 de 854 aminoácidos observada con poca frecuencia de Hsp90A (NP_001017963) de una transcripción de ARNm de 3.887 pb que contiene 12 exones que abarcan 59.012 pb. La variante de transcripción 1 se encuentra directamente al lado del gen WDR20, que está codificado en la cadena codificante opuesta. La variante de transcripción 2 (TV2, NM_005348.3) codifica la bien estudiada isoforma 2 de 732 aminoácidos (NP_005339) de una transcripción de ARNm de 3366 pb que contiene 11 exones que abarcan 6438 pb. DYNC1H1 codifica el producto genético en el otro lado de HSP90AA1, que casualmente se ha descubierto que interactúa con Hsp90A. Hsp90A TV1 y TV2 son idénticos excepto por 112 aminoácidos adicionales en el extremo N de la isoforma 1 codificada por sus primeros 2 exones. Actualmente no se comprende la función del dominio N-terminal extendido en la isoforma 1. Esta información se recopiló tanto de NCBI Gene como de UCSC Genome Browser.

Expresión

A pesar de compartir una secuencia de aminoácidos similar, la expresión de Hsp90A está regulada de manera diferente que la de Hsp90B. Hsp90A es la isoforma inducible por estrés, mientras que Hsp90B se expresa de forma constitutiva. Varios elementos de choque térmico (HSE) están ubicados aguas arriba de Hsp90A, lo que permite su expresión inducible. Los niveles de ARN medidos en líneas celulares recolectadas de pacientes con cáncer y de tejido normal se pueden encontrar en The Human Protein Atlas .

Promotor

Actualmente se entiende que la transcripción del gen HSP90AA1 es inducida por el estrés mediante la unión del factor de transcripción maestro (TF) HSF1 al promotor HSP90AA1 [8] . Sin embargo, varios estudios centrados en el promotor HSP90AA1 junto con un extenso análisis global del genoma humano indican que varios otros complejos de transcripción regulan la expresión del gen HSP90AA1. La HSP90AA1 de mamífero junto con la expresión del gen HSP90AB1 se caracterizó por primera vez en células de ratón transformadas, donde se demostró que HSP90AB1 se expresa constitutivamente 2,5 veces más que HSP90AA1 en condiciones normales. Sin embargo, tras el choque térmico, la expresión de HSP90AA1 aumentó 7,0 veces, mientras que HSP90AB1 aumenta sólo 4,5 veces. [9] El análisis detallado del promotor HSP90AA1 muestra que hay 2 elementos de choque térmico (HSE) dentro de 1200 pb del sitio de inicio de la transcripción. [10] [11] El HSE distal es necesario para la inducción del choque térmico y el HSE proximal funciona como un potenciador permisivo. Este modelo está respaldado por el análisis ChIP-SEQ de células en condiciones normales donde HSF1 se encuentra unido al HSE proximal y no se detecta en el HSE distal. También se descubre que el protooncogén MYC induce la expresión del gen HSP90AA1 y se une proximalmente al TSS, como lo verifica ChIP-SEQ. El agotamiento de la expresión de Hsp90A indica que se requiere HSP90AA1 para la transformación impulsada por MYC. [12] En las células de cáncer de mama, la hormona del crecimiento prolactina induce la expresión de HSP90AA1 a través de STAT5. [13] NF-κB o RELA también induce la expresión de HSP90AA1, lo que posiblemente explique la capacidad de supervivencia de la transcripción impulsada por NF-κB. [14] Por el contrario, se ha descubierto que STAT1, el supresor prototumoral, inhibe la expresión de HSP90AA1 inducida por el estrés. [15] Además de estos hallazgos, el análisis ChIP-SEQ del genoma humano indica que al menos 85 TF únicos se unen a las huellas de la ARN polimerasa II (POLR2A) asociadas con las regiones promotoras que impulsan la expresión de ambas variantes de transcripción HSP90AA1. [16] [17] [18] [19] Esto indica que la expresión del gen HSP90AA1 puede estar altamente regulada y ser compleja.

Interactoma

Se predice que combinadas, Hsp90A y Hsp90B interactuarán con el 10% del proteoma eucariota. [20] En los seres humanos esto representa una red de aproximadamente 2.000 proteínas que interactúan. Actualmente se han documentado experimentalmente más de 725 interacciones tanto para HSP90A como para Hsp90B. [21] [22] Esta conectividad permite que Hsp90 funcione como un centro de red que vincula diversas redes de interacción de proteínas. Dentro de estas redes, Hsp90 se especializa principalmente en mantener y regular proteínas involucradas en la transducción de señales o el procesamiento de información. Estos incluyen factores de transcripción que inician la expresión genética, quinasas que transmiten información modificando postraduccionalmente otras proteínas y ligasas E3 que se dirigen a las proteínas para su degradación a través del proteosoma. De hecho, un estudio reciente que utiliza el método LUMIER ha demostrado que la Hsp90B humana interactúa con el 7% de todos los factores de transcripción, el 60% de todas las quinasas y el 30% de todas las ligasas E3. [23] Otros estudios han demostrado que Hsp90 interactúa con varias proteínas estructurales, componentes ribosómicos y enzimas metabólicas. [24] [25] También se ha descubierto que Hsp90 interactúa con una gran cantidad de proteínas virales, incluidas las del VIH y el EBOLA. [26] [27] Esto sin mencionar las numerosas co-chaperonas que modulan y dirigen la actividad de HSP90. [28] Pocos estudios se han centrado en discernir las interacciones proteicas únicas entre Hsp90A y HSP90B. [29] [30] El trabajo realizado en huevos y levaduras de Xenopus ha demostrado que Hsp90A y Hsp90B difieren en las interacciones entre acompañantes y clientes. [31] [32] Sin embargo, se sabe poco sobre las funciones únicas delegadas a cada parálogo humano. El laboratorio de Picard ha agregado todos los datos de interacción de Hsp90 disponibles en el sitio web Hsp90Int.DB. [33] El análisis de ontología genética de los interactomas Hsp90A y Hsp90B indica que cada parálogo está asociado con procesos biológicos, funciones moleculares y componentes celulares únicos.

Se ha demostrado que la proteína de choque térmico 90 kDa alfa (citosólica), miembro A1, interactúa con :

Modificaciones postraduccionales

Las modificaciones postraduccionales tienen un gran impacto en la regulación de Hsp90. La fosforilación, acetilación, S-nitrosilación, oxidación y ubiquitinación son formas en que se modifica la Hsp90 para modular sus numerosas funciones. Puede encontrar un resumen de estos sitios en PhosphoSitePlus. [73] Muchos de estos sitios se conservan entre Hsp90A y Hsp90B. Sin embargo, existen algunas distinciones entre los dos que permiten que Hsp90A realice funciones específicas.

Se ha demostrado que la fosforilación de Hsp90 afecta su unión a clientes, co-chaperonas y nucleótidos. [74] [75] [76] [77] [78] [79] Se ha demostrado que se produce una fosforilación específica de los residuos de Hsp90A. Estos sitios de fosforilación únicos señalan a Hsp90A para funciones como la secreción, le permiten localizar regiones de daño en el ADN e interactuar con co-chaperonas específicas. [74] [77] [80] [81] La hiperacetilación también ocurre con Hsp90A, lo que conduce a su secreción y a una mayor invasividad del cáncer. [82]

Significación clínica

La expresión de Hsp90A también se correlaciona con el pronóstico de la enfermedad. Se encuentran niveles elevados de Hsp90A en leucemia, cáncer de mama y de páncreas, así como en pacientes con enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC). [83] [84] [85] [86] [87] En las células T humanas, la expresión de HSP90AA1 aumenta gracias a las citoquinas IL-2, IL-4 e IL-13. [88] HSP90, junto con otras chaperonas y co-chaperonas conservadas que interactúan para salvaguardar la proteostasis, está reprimida en los cerebros humanos que envejecen. Se descubrió que esta represión se exacerbaba aún más en los cerebros de pacientes con enfermedades neurodegenerativas que aparecen con la edad, como el Alzheimer o la enfermedad de Huntington. [89]

Cáncer

Durante las últimas dos décadas, HSP90 se ha convertido en un objetivo intrigante en la guerra contra el cáncer. HSP90 interactúa y soporta numerosas proteínas que promueven la oncogénesis, lo que distingue a Hsp90 como un facilitador del cáncer, ya que se considera esencial para la transformación y progresión maligna. Además, a través de sus extensos interactomas, ambos parálogos están asociados con cada característica del cáncer. [90] [91] Sin embargo, el gen HSP90AA1 no está alterado en la mayoría de los tumores según The Cancer Genome Atlas (TCGA). Actualmente el cáncer de vejiga es el que presenta el mayor número de alteraciones seguido del cáncer de páncreas. [92] [93] Esto puede no ser una sorpresa ya que los niveles generales de expresión de Hsp90 se mantienen en un nivel tan alto en comparación con la mayoría de las demás proteínas dentro de la célula, [94] por lo tanto, aumentar aún más los niveles de Hsp90 puede no proporcionar ningún beneficio a crecimiento del cáncer. Además, la secuenciación del genoma completo de todos los tipos de tumores y líneas celulares cancerosas revela que actualmente existen 115 mutaciones diferentes dentro del marco de lectura abierto HSP90AA1. Sin embargo, aún se desconocen los efectos de estas mutaciones sobre la función de HSP90A. Sorprendentemente, en varios tumores el gen HSP90AA1 está eliminado de forma homocigótica, lo que sugiere que estos tumores pueden tener un nivel reducido de malignidad. Esto está respaldado por un análisis comparativo de todo el genoma de 206 pacientes con cáncer gástrico que informaron que la pérdida de HSP90AA1 está asociada con resultados favorables después de la cirugía sola. [95] Esto respalda la posibilidad de que la ausencia de Hsp90A en las biopsias de tumores pueda servir como un biomarcador para resultados clínicos positivos. [96] [97] Biológicamente, Hsp90A se diferencia de Hsp90B en que actualmente se entiende que Hsp90A funciona como un agente extracelular secretado en la cicatrización de heridas y la inflamación, además de sus funciones intracelulares. Estos dos procesos a menudo son secuestrados por el cáncer, lo que permite la motilidad, metástasis y extravasión de las células malignas. [98] La investigación actual sobre el cáncer de próstata indica que la Hsp90A extracelular transduce señales que promueven la inflamación crónica de los fibroblastos asociados al cáncer. Se entiende que esta reprogramación del medio extracelular que rodea a las células de adenocarcinoma maligno estimula la progresión del cáncer de próstata. La HSP90A extracelular induce inflamación mediante la activación de los programas de transcripción NF-κB (RELA) y STAT3 que incluyen las citocinas proinflamatorias IL-6 e IL-8. [99] Casualmente, NF-κB también induce la expresión de Hsp90A., [14]proporcionando así un modelo en el que el fibroblasto estimulado también secretaría Hsp90A recién expresada, creando así bucles de retroalimentación autocrinos y paracrinos positivos que darían como resultado una tormenta inflamatoria en el sitio de la malignidad. Este concepto requiere mayor atención ya que puede explicar la correlación de niveles elevados de Hsp90A en el plasma de pacientes con estadios avanzados de malignidad. [80]

Inhibidores de Hsp90

Las células cancerosas aprovechan la Hsp90 para respaldar las oncoproteínas activadas, incluidas muchas quinasas y factores de transcripción. Estos pacientes a menudo están mutados, amplificados o translocados en malignidad, y Hsp90 actúa para amortiguar estas tensiones celulares inducidas por la transformación maligna. [90] [91] La inhibición de Hsp90 conduce a la degradación o inestabilidad de muchas de sus proteínas cliente. [100] Por lo tanto, Hsp90 se ha convertido en un objetivo atractivo para la terapia contra el cáncer. Como ocurre con todas las ATPasas, la unión e hidrólisis de ATP es esencial para la función acompañante de Hsp90 in vivo. Los inhibidores de Hsp90 interfieren con este ciclo en sus primeras etapas al reemplazar el ATP, lo que lleva a la ubiquitinación regulada y la degradación mediada por proteasoma de la mayoría de las proteínas cliente. [101] [102] Como tal, la bolsa de unión de nucleótidos sigue siendo la más susceptible a la generación de inhibidores. [103] [104] [105 ] [106 ] [ 107] [108] [109] [110] [111] [112 ] [113] [114] [115] [116] [117] A la fecha, existen 23 ensayos oncológicos de inhibidores activos de Hsp90 y 13 inhibidores de HSP90 se encuentran actualmente en evaluación clínica en pacientes con cáncer, 10 de los cuales han ingresado a la clínica en los últimos años. [118] Si bien el bolsillo de unión de nucleótidos N-terminal de Hsp90 es el más estudiado y, por lo tanto, el objetivo, estudios recientes han sugerido que un segundo sitio de unión de ATP está ubicado en el extremo C de Hsp90. [119] [120] [121] [122] [123] Dirigirse a esta región ha dado lugar a interacciones específicas reducidas entre la hormona Hsp90 y se ha demostrado que influye en la unión del nucleótido Hsp90. [124] [125] Aunque ninguno de los inhibidores de Hsp90 C-terminal aún no ha ingresado a la clínica, el uso de inhibidores de Hsp90 N y C-terminal en combinación representa una nueva e interesante estrategia para la quimioterapia. Aunque muchos de los inhibidores mencionados anteriormente comparten el mismo sitio de unión de Hsp90 (ya sea N o C-terminal), se ha demostrado que algunos de estos fármacos acceden preferentemente a distintas poblaciones de Hsp90, que se diferencian por el grado de su extensión postraduccional. modificación. [126] [127] Aunque ningún inhibidor publicado aún tiene que distinguir entre Hsp90A y Hsp90B, un estudio reciente ha demostrado que la fosforilación de un residuo particular en el extremo N de Hsp90 puede proporcionar especificidad de isoforma para la unión del inhibidor, [127] proporcionando así un nivel adicional de regulación para una focalización óptima de Hsp90.

Notas

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Otras lecturas

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