El complejo G beta-gamma (G βγ ) es un complejo proteico dimérico fuertemente unido, compuesto por una subunidad G β y una subunidad G γ, y es un componente de las proteínas G heterotriméricas . Las proteínas G heterotriméricas, también llamadas proteínas de unión al nucleótido de guanina, constan de tres subunidades, llamadas subunidades alfa , beta y gamma , o G α , G β y G γ . Cuando se activa un receptor acoplado a proteína G (GPCR), G α se disocia de G βγ , lo que permite que ambas subunidades realicen sus respectivos efectos de señalización descendentes . Una de las principales funciones de G βγ es la inhibición de la subunidad G α . [1]
Las subunidades individuales del complejo de proteína G se identificaron por primera vez en 1980 cuando se purificó con éxito el componente regulador de la adenilato ciclasa , lo que produjo tres polipéptidos de diferentes pesos moleculares. [2] Inicialmente, se pensó que G α , la subunidad más grande, era la principal subunidad reguladora efectora, y que G βγ era en gran medida responsable de inactivar la subunidad G α y mejorar la unión a la membrana. [1] Sin embargo, los efectos de señalización descendentes de G βγ se descubrieron más tarde cuando se descubrió que el complejo G βγ purificado activaba un canal de K+ muscarínico cardíaco . [3] Poco después, se descubrió que el complejo G βγ asociado con una proteína G acoplada al receptor del factor de apareamiento en la levadura iniciaba una respuesta de feromonas . [4] Aunque estas hipótesis fueron inicialmente controvertidas, desde entonces se ha demostrado que G βγ regula directamente tantos objetivos proteicos diferentes como la subunidad G α . [1]
Recientemente se han investigado los posibles papeles del complejo G βγ en los fotorreceptores de bastones de la retina, con cierta evidencia de que mantiene la inactivación de G α . Sin embargo, estas conclusiones se extrajeron a partir de experimentos in vitro en condiciones no fisiológicas, y el papel fisiológico del complejo G βγ en la visión aún no está claro. No obstante, recientes hallazgos in vivo demuestran la necesidad del complejo transducina G βγ en el funcionamiento de los fotorreceptores de bastones en condiciones de poca luz. [5]
La subunidad G βγ es un dímero compuesto por dos polipéptidos, sin embargo actúa funcionalmente como un monómero, ya que las subunidades individuales no se separan y no se ha encontrado que funcionen independientemente. [6]
La subunidad G β es un miembro de la familia de proteínas β-propeller , que típicamente poseen 4-8 láminas β antiparalelas dispuestas en forma de hélice. [7] G β contiene una hélice β de 7 palas, cada pala dispuesta alrededor de un eje central y compuesta de 4 láminas β antiparalelas . [7] La secuencia de aminoácidos contiene 7 motivos de repetición WD de aproximadamente 40 aminoácidos, cada uno altamente conservado y que posee el dipéptido Trp-Asp que le da a la repetición su nombre.
La subunidad G γ es considerablemente más pequeña que G β y es inestable por sí sola, requiriendo la interacción con G β para plegarse, lo que explica la estrecha asociación del dímero. En el dímero G βγ , la subunidad G γ envuelve el exterior de G β , interactuando a través de asociaciones hidrofóbicas, y no exhibe interacciones terciarias consigo misma. Los dominios helicoidales del extremo N de las dos subunidades forman una espiral enrollada entre sí que normalmente se extiende lejos del núcleo del dímero. [7] Hasta la fecha, se han identificado 5 genes de subunidades β y 11 de subunidades γ en mamíferos. [6] Los genes G β tienen secuencias muy similares, mientras que se observa una variación significativamente mayor en los genes G γ , lo que indica que la especificidad funcional del dímero G βγ puede depender del tipo de subunidad G γ involucrada. [6] De interés estructural adicional es el descubrimiento de un denominado “punto caliente” presente en la superficie del dímero G βγ ; un sitio específico de la proteína que se une a una amplia gama de péptidos y se cree que es un factor que contribuye a la capacidad de G βγ de interactuar con una amplia variedad de efectores. [8] [9]
La síntesis de las subunidades ocurre en el citosol . Se cree que el plegamiento de la subunidad β es ayudado por la chaperona CCT (polipéptido 1 sin cola que contiene chaperonina), que también previene la agregación de subunidades plegadas. [10] Una segunda chaperona, PhLP (proteína similar a la fosducina), se une al complejo CCT/G β y se fosforila, lo que permite que CCT se disocie y que G γ se una. Finalmente, se libera PhLP, exponiendo el sitio de unión para G α , lo que permite la formación del trímero final en el retículo endoplasmático , donde se dirige a la membrana plasmática . [11] Se sabe que las subunidades G γ están preniladas (modificadas covalentemente mediante la adición de fracciones lipídicas) antes de la adición a G β , que no se ha encontrado que esté modificada. Se cree que esta prenilación está involucrada en la dirección de la interacción de la subunidad tanto con los lípidos de la membrana como con otras proteínas. [12]
El complejo G βγ es un elemento esencial en la cascada de señalización del GPCR. Tiene dos estados principales para los cuales realiza diferentes funciones. Cuando G βγ está interactuando con G α funciona como un regulador negativo. En la forma de heterotrímero, el dímero G βγ aumenta la afinidad de G α por GDP , lo que hace que la proteína G esté en un estado inactivo. [13] Para que la subunidad G α se active, el intercambio de nucleótidos debe ser inducido por el GPCR. Los estudios han demostrado que es el dímero G βγ el que demuestra especificidad para el receptor apropiado y que la subunidad G γ en realidad mejora la interacción de la subunidad G α con el GPCR. [14] [15] El GPCR es activado por un ligando extracelular y posteriormente activa el heterotrímero de la proteína G al causar un cambio conformacional en la subunidad G α . Esto provoca la sustitución del GDP por GTP, así como la disociación física del complejo G α y G βγ . [16]
Una vez separados, tanto G α como G βγ son libres de participar en sus propias vías de señalización distintas. G βγ no sufre ningún cambio conformacional cuando se disocia de G α y actúa como una molécula de señalización como un dímero. [17] Se ha descubierto que el dímero G βγ interactúa con muchas moléculas efectoras diferentes mediante interacciones proteína-proteína . Diferentes combinaciones de los subtipos G β y G γ pueden influir en diferentes efectores y trabajar exclusivamente o sinérgicamente con la subunidad G α . [1]
La señalización de G βγ es diversa, inhibiendo o activando muchos eventos posteriores dependiendo de su interacción con diferentes efectores. Los investigadores han descubierto que G βγ regula los canales iónicos , como los canales rectificadores de entrada controlados por proteína G , [3] así como los canales de calcio . [18] [9] En PBMC humanos , se ha demostrado que el complejo G βγ activa la fosforilación de ERK1/2 . [19] Otro ejemplo de señalización de G βγ es su efecto de activación o inhibición de la adenilil ciclasa que conduce al aumento o disminución intracelular del mensajero secundario AMP cíclico . [20] Para más ejemplos de señalización de G βγ , consulte la tabla. Sin embargo, aún no se ha descubierto el alcance completo de la señalización de G βγ .
La subunidad G βγ desempeña diversas funciones en los procesos de señalización celular y, por ello, los investigadores están examinando su potencial como diana farmacológica terapéutica para el tratamiento de muchas enfermedades. Sin embargo, se reconoce que hay una serie de consideraciones que se deben tener en cuenta al diseñar un fármaco que tenga como diana la subunidad G βγ :
Se han llevado a cabo investigaciones sobre cómo la alteración de las acciones de las subunidades G βγ podría ser beneficiosa para el tratamiento de ciertas afecciones médicas. Se ha examinado la señalización de G βγ por su papel en una variedad de afecciones, incluidas la insuficiencia cardíaca , la inflamación y la leucemia . [17] [21]
La insuficiencia cardíaca se puede caracterizar por una pérdida de la señalización del receptor adrenérgico β (βAR) en las células cardíacas. [22] Cuando el βAR es estimulado por catecolaminas como la adrenalina y la noradrenalina , normalmente hay un aumento en la contractilidad del corazón. Sin embargo, en la insuficiencia cardíaca hay niveles elevados y sostenidos de catecolaminas que resultan en una desensibilización crónica del receptor βAR. Esto conduce a una disminución en la fuerza de las contracciones cardíacas. Algunas investigaciones sugieren que esta desensibilización crónica se debe a la sobreactivación de una quinasa, la quinasa 2 del receptor acoplado a proteína G (GRK2), que fosforila y desactiva ciertos receptores acoplados a proteína G. [23] Cuando se activa el receptor acoplado a proteína G, la subunidad βγ G recluta a GRK2 que luego fosforila y desensibiliza a los GPCR como el βAR. [24] Por lo tanto, se ha estudiado la prevención de la interacción de la subunidad βγ con GRK2 como un objetivo potencial para aumentar la función contráctil del corazón. La molécula desarrollada GRK2ct es un inhibidor de proteínas que inhibe las propiedades de señalización de la subunidad G βγ pero no interfiere con la señalización de la subunidad alfa. [25] Se ha demostrado que la sobreexpresión de GRK2ct rescata significativamente la función cardíaca en modelos murinos de insuficiencia cardíaca al bloquear la señalización de la subunidad G βγ . [26] En otro estudio, se tomaron biopsias de pacientes con insuficiencia cardíaca y sobreexpresión inducida por virus de GRK2ct en los miocitos del corazón . Otras pruebas mostraron una mejora en la función contráctil de las células cardíacas al inhibir G βγ . [27]
Cuando GPCR particulares son activados por sus quimiocinas específicas, G βγ activa directamente PI3K γ que está involucrada en el reclutamiento de neutrófilos que contribuyen a la inflamación. [28] [29] [30] [31] Se ha descubierto que la inhibición de PI3Kγ reduce significativamente la inflamación. [28] [29] PI3Kγ es la molécula objetivo prevista en la prevención de la inflamación, ya que es el efector de señalización común de muchos tipos diferentes de quimiocinas y receptores involucrados en la promoción de la inflamación. [30] [31] Aunque PI3Kγ es el objetivo previsto, existen otras isoformas de PI3 que realizan funciones diferentes de PI3Kγ. Dado que PI3Kγ está regulada específicamente por G βγ , mientras que otras isoformas de PI3 están reguladas en gran medida por otras moléculas, la inhibición de la señalización de Gβγ proporcionaría la especificidad deseada de un agente terapéutico diseñado para tratar la inflamación. [17]
Se ha demostrado que la subunidad G βγ activa el gen PLEKHG2 del factor de intercambio de nucleótidos de guanina (RhoGef) , que se encuentra sobreexpresado en varias líneas celulares de leucemia y modelos murinos de leucemia. [32] Se cree que la quimiotaxis de los linfocitos como resultado de la activación de Rac y CDC42 , así como la polimerización de actina , están reguladas por el RhoGef activado por G βγ . Por lo tanto, un fármaco que inhiba el G βγ podría desempeñar un papel en el tratamiento de la leucemia. [21]
