Proteína quinasa asociada a Rho

La proteína quinasa asociada a Rho ( ROCK ) es una quinasa que pertenece a la familia AGC (PKA/PKG/PKC) de proteínas quinasas específicas de serina-treonina . Interviene principalmente en la regulación de la forma y el movimiento de las células actuando sobre el citoesqueleto .

Las ROCKs ( ROCK1 y ROCK2 ) se encuentran en mamíferos (humanos, ratas, ratones, vacas), peces cebra, Xenopus , invertebrados ( C. elegans , mosquitos, Drosophila ) y pollos. Human ROCK1 tiene una masa molecular de 158  kDa y es un importante efector descendente de la pequeña GTPasa RhoA . ROCK de mamífero consta de un dominio quinasa, una región en espiral y un dominio de homología de Pleckstrin (PH), que reduce la actividad quinasa de ROCK mediante un pliegue intramolecular autoinhibidor si RhoA-GTP no está presente. ^{[1] [2]}

Los ROCK de rata fueron descubiertos como los primeros efectores de Rho e inducen la formación de fibras de estrés y adherencias focales mediante la fosforilación de MLC (cadena ligera de miosina). ^[3] Debido a esta fosforilación , aumenta la unión de actina a la miosina II y, por tanto, la contractilidad . Se han identificado dos isoformas de ROCK de ratón, ROCK1 y ROCK2. ROCK1 se expresa principalmente en el pulmón , el hígado , el bazo , el riñón y los testículos . Sin embargo, ROCK2 se distribuye principalmente en el cerebro y el corazón . ^{[1] [2] [4]}

La proteína quinasa C y la proteína quinasa asociada a Rho participan en la regulación de la ingesta de iones calcio; estos iones de calcio, a su vez, estimulan una quinasa de cadena ligera de miosina, forzando una contracción. ^[5] La proteína quinasa asociada a Rho son serina o treonina quinasas que determinan la sensibilidad al calcio en las células del músculo liso.

Función

Papel y regulación de la ROCA

ROCK desempeña un papel en una amplia gama de fenómenos celulares diferentes, ya que ROCK es una proteína efectora de la pequeña GTPasa Rho , que es uno de los principales reguladores del citoesqueleto .

1. ROCK es un regulador clave de la organización de la actina y, por tanto, un regulador de la migración celular de la siguiente manera:

Las ROCK pueden fosforilar diferentes sustratos, incluida la LIM quinasa , la cadena ligera de miosina (MLC) y la fosfatasa MLC . Estos sustratos, una vez fosforilados, regulan la organización y la contractilidad de los filamentos de actina de la siguiente manera: ^[2]

• Cantidad de filamentos de actina

ROCK inhibe indirectamente la despolimerización de los filamentos de actina: ROCK fosforila y activa la LIM quinasa , que a su vez fosforila ADF/cofilina , inactivando así su actividad de despolimerización de actina. Esto da como resultado la estabilización de los filamentos de actina y un aumento de su número. Por lo tanto, con el tiempo los monómeros de actina que se necesitan para continuar la polimerización de actina para la migración se vuelven limitados. El aumento de los filamentos de actina estables y la pérdida de monómeros de actina contribuyen a una reducción de la migración celular. ^{[2] [6]}

• contractilidad celular

ROCK también regula la migración celular al promover la contracción celular y, por lo tanto, los contactos entre la célula y el sustrato. ROCK aumenta la actividad de la proteína motora miosina II mediante dos mecanismos diferentes:

• En primer lugar, la fosforilación de la cadena ligera de miosina ( MLC ) aumenta la actividad de la ATPasa de miosina II . Así, varias miosinas activas y agrupadas, que son activas de forma asincrónica en varios filamentos de actina, mueven los filamentos de actina entre sí, lo que da como resultado un acortamiento neto de las fibras de actina.
• En segundo lugar, ROCK inactiva la fosfatasa MLC , lo que lleva a mayores niveles de MLC fosforilado.

Así, en ambos casos, la activación de ROCK por Rho induce la formación de fibras de estrés de actina , haces de filamentos de actina de polaridad opuesta, que contienen miosina II, tropomiosina, caldesmon y MLC-quinasa, y en consecuencia de contactos focales, que son puntos de adhesión inmaduros basados ​​en integrinas. con el sustrato extracelular. ^{[2] [7]}

2. Otras funciones y objetivos

• RhoA-GTP estimula la actividad fosfolípido fosfatasa de PTEN ( homólogo de fosfatasa y tensina), una proteína supresora de tumores humana. Esta estimulación parece depender de la ROCA. ^{[8] [9]} De esta manera, PTEN es importante para prevenir la división celular descontrolada como se muestra en las células cancerosas.
• ROCK juega un papel importante en el control del ciclo celular, parece inhibir la separación prematura de los dos centríolos en G1 y se propone que sea necesario para la contracción del surco de escisión, que es necesario para completar la citocinesis . ^{[2] [10] [11] [12] [13] [14]}
• Los ROCK también parecen antagonizar la vía de señalización de la insulina , lo que resulta en una reducción del tamaño celular e influye en el destino celular. ^[2]
• Las ROCAS desempeñan un papel en la formación de ampollas en las membranas , un cambio morfológico observado en células comprometidas con la apoptosis . La proteasa proapoptótica, caspasa 3, activa la actividad ROCK quinasa escindiendo el dominio PH C-terminal. Como resultado, se suprime el pliegue intramolecular autoinhibidor de ROCK. ROCK también regula la fosforilación de MLC y la contractilidad de la actomiosina, que regulan la formación de ampollas en la membrana. ^[2]
• Las ROCKs contribuyen a la retracción de las neuritas al inducir el colapso del cono de crecimiento al activar la contractilidad de la actomiosina. También es posible que la fosforilación de la proteína 2 mediadora de la respuesta a la colapsina (CRMP2) por ROCK inhiba la función de CRPM2 de promover el crecimiento del axón, lo que resulta en el colapso del cono de crecimiento. ^[2]
• Las ROCK regulan la adhesión entre células: la pérdida de actividad de las ROCK parece conducir a la pérdida de la integridad de las uniones estrechas en las células endoteliales. En las células epiteliales, la inhibición de ROCK parece disminuir la integridad de las uniones estrechas. El ROCK activo en estas células parece estimular la interrupción de los contactos entre células mediados por E-cadherina mediante la activación de la contractilidad de la actomiosina. ^[2]

3. Otros objetivos de ROCK

• NHE1 (un intercambiador de hidrógeno y sodio, involucrado en adherencias focales y organización de actina)
• Proteínas de filamento intermedio: Vimentina, GFAP (proteína ácida fibrilar glial), NF-L (proteína L de neurofilamento)
• Proteínas de unión a actina F: aducina, EF-1 y alfa (factor de elongación, cofactor de traducción), MARCKS (sustrato de quinasa C rico en alanina miristilada), caponina (función desconocida) y ERM (implicado en la unión del citoesqueleto de actina al membrana de plasma).

homólogos

Las dos isoformas de ROCK de ratón, ROCK1 y ROCK2, tienen una alta homología . Tienen un 65% de secuencias de aminoácidos en común y un 92% de homología dentro de sus dominios quinasa. ^{[1] [4]}

Las ROCK son homólogas a otras quinasas metazoarias, como la quinasa de distrofia miotónica ( DMPK ), la proteína 42 de control de la división celular relacionada con DMPK ( Cdc42 ), quinasas de unión (MRCK) y la quinasa de cidra. Todas estas quinasas están compuestas por un dominio quinasa N-terminal, una estructura en espiral y otros motivos funcionales en el extremo C-terminal ^[2]

Regulación

ROCK es una molécula efectora aguas abajo de la Rho GTPasa Rho que aumenta la actividad de la ROCK quinasa cuando se une a ella.

Autoinhibición

La actividad de ROCK está regulada por la interrupción de una autoinhibición intramolecular. En general, la estructura de las proteínas ROCK consta de un dominio quinasa N-terminal, una región enrollada y un dominio PH que contiene un dominio rico en cisteína (CRD) en el C-terminal. Un dominio de unión a Rho (RBD) se encuentra muy cerca, justo en frente del dominio PH.

La actividad quinasa se inhibe mediante la unión intramolecular entre el grupo C-terminal del dominio RBD y el dominio PH al dominio quinasa N-terminal de ROCK. Por lo tanto, la actividad quinasa se desactiva cuando ROCK se pliega intramolecularmente. La actividad quinasa se activa cuando Rho-GTP se une al dominio de unión Rho de ROCK, interrumpiendo la interacción autoinhibitoria dentro de ROCK, lo que libera el dominio quinasa porque ROCK ya no está plegado intramolecularmente. ^[2]

Otros reguladores

También se ha demostrado que Rho no es el único activador de ROCK. ROCK también puede estar regulado por lípidos, en particular ácido araquidónico , y oligomerización de proteínas , que induce la transfosforilación N-terminal. ^[2]

Inhibidores

Enfermedad

Las investigaciones realizadas durante las últimas dos décadas han demostrado que la señalización de ROCK desempeña un papel importante en muchas enfermedades, incluidas las enfermedades cardiovasculares , ^{[15] [16]} enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de Alzheimer , la enfermedad de Parkinson y la esclerosis lateral amiotrófica , ^[17] y el cáncer . ^[18] Por ejemplo, se ha planteado la hipótesis de que ROCK desempeña un papel importante en los efectos pleiotrópicos de las estatinas . ROCK1/2 junto con MRCKα/β quinasas han sido implicadas en la plasticidad de la migración de células cancerosas, el fenómeno que otorga una ventaja de supervivencia a las células cancerosas durante los tratamientos farmacológicos ( resistencia a los medicamentos ). ^[19]

Los investigadores están desarrollando inhibidores de ROCK como el RKI-1447 para tratar diversas enfermedades, incluido el cáncer. ^{[20] [21]} Por ejemplo, estos medicamentos tienen el potencial de prevenir la propagación del cáncer al bloquear la migración celular, impidiendo que las células cancerosas se propaguen al tejido vecino. ^[1]

Ver también

• ROCA1

Referencias

1. Hahmann C, Schroeter T (enero de 2010). "Inhibidores de la rho-quinasa como terapéutica: de la inhibición pan a la selectividad de isoformas". Ciencias de la vida celulares y moleculares . 67 (2): 171–7. doi :10.1007/s00018-009-0189-x. PMC  11115778 . PMID  19907920. S2CID  6445354.
2. Riento K, Ridley AJ (junio de 2003). "Rocas: quinasas multifuncionales en el comportamiento celular". Reseñas de la naturaleza. Biología celular molecular . 4 (6): 446–56. doi :10.1038/nrm1128. PMID  12778124. S2CID  40665081.
3. Leung T, Chen XQ, Manser E, Lim L (octubre de 1996). "La quinasa ROK alfa de unión a RhoA p160 es miembro de una familia de quinasas y participa en la reorganización del citoesqueleto". Biología Molecular y Celular . 16 (10): 5313–27. doi :10.1128/mcb.16.10.5313. PMC 231530 . PMID  8816443. 
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