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Autofosforilación

Fig. 1: Activación del receptor del factor de crecimiento epidérmico por autofosforilación. Adaptado de Pecorino (2008) [1]
Fig. 2: Regulación de la quinasa Src por autofosforilación. Adaptado de Frame (2002) [2]

La autofosforilación es un tipo de modificación postraduccional de las proteínas . Generalmente se define como la fosforilación de la propia quinasa . En eucariotas , este proceso ocurre mediante la adición de un grupo fosfato a residuos de serina , treonina o tirosina dentro de las proteínas quinasas, normalmente para regular la actividad catalítica. [3] [4] La autofosforilación puede ocurrir cuando el propio sitio activo de una quinasa cataliza la reacción de fosforilación (autofosforilación cis), o cuando otra quinasa del mismo tipo proporciona el sitio activo que lleva a cabo la química (autofosforilación trans). Esto último ocurre a menudo cuando las moléculas de quinasa se dimerizan. [3] En general, los grupos fosfato introducidos son fosfatos gamma de trifosfatos de nucleósidos , más comúnmente ATP . [3]

Función

Las proteínas quinasas, muchas de las cuales están reguladas por autofosforilación, son vitales para controlar la proliferación, diferenciación, metabolismo, migración y supervivencia celular. Las mutaciones en los genes que las codifican o sus activadores o represores potenciales pueden afectar cualquier número de funciones dentro de un organismo. [3] [4] La fosforilación se revierte fácilmente por las fosfatasas . Por lo tanto, es un método eficaz para activar y desactivar la actividad de la quinasa. Debido a esto, se reconoce como un proceso esencial en la señalización celular. [3] La adición de un grupo fosfato cargado negativamente produce un cambio en el microambiente que puede conducir a la atracción o repulsión de otros residuos o moléculas. [3] [4] El resultado puede ser un cambio conformacional para exponer u ocultar asientos catalíticos o alostéricos de la superficie. [3] Si el residuo fosforilado reside dentro del propio asiento catalítico, puede facilitar o prevenir la unión del sustrato por medio de la interacción de carga, o proporcionando o previniendo formas complementarias necesarias para el reconocimiento molecular. [3] Además, el grupo fosfato produce varias áreas potenciales para la formación de enlaces de hidrógeno o puentes salinos , de los cuales el último generalmente involucra un residuo de arginina . [3] [5]

La unión de moléculas efectoras puede verse afectada de manera similar si el residuo fosforilado forma parte del sitio alostérico . [3] También se ha informado que la autofosforilación tiene un efecto sobre la capacidad de la célula para la endocitosis y la proteólisis . [5]

Proceso y estructura

Las quinasas se fosforilan en residuos de serina y/o treonina , o únicamente en residuos de tirosina. [5] Esto sirve como un medio para clasificarlas como Ser/Thr- o Tyr-quinasas. Varios residuos dentro de la estructura primaria pueden autofosforilarse simultáneamente. Los fosfoaceptores a menudo residen dentro de bucles en la estructura de la proteína denominados apropiadamente " bucles de activación ". [3] Las estructuras de algunos complejos de autofosforilación se conocen a partir de cristales de proteína quinasas en los que el sitio de fosforilación (Ser, Thr o Tyr) de un monómero en el cristal se encuentra en el sitio activo de otro monómero del cristal de una manera similar a las estructuras conocidas de péptido-sustrato/quinasa. [6] Las estructuras conocidas incluyen:

En general, las estructuras de la fosforilación de los bucles internos implican contactos importantes de dominio a dominio que han sido confirmados por mutagénesis dirigida al sitio, mientras que la fosforilación de posiciones en las colas N o C terminales a más de 10 aminoácidos del dominio de la quinasa no implican contactos importantes de dominio a dominio lejos del sitio de unión del sustrato. [6]

Vías de señalización y transautofosforilación

Entre varias moléculas, las tirosina quinasas receptoras (RTK) desempeñan un papel fundamental en la transducción de señales a través de una variedad de vías de señalización . Todas las RTK constan de una región de unión al ligando extracelular , una única hélice transmembrana y una región citoplasmática (el dominio de la tirosina quinasa). Antes de la estimulación del ligando, la mayoría de las RTK se presentan como un monómero en la superficie de las células. La unión del ligando al dominio extracelular induce la dimerización . La dimerización de las RTK conduce a la autofosforilación de la tirosina en el núcleo catalítico del dímero y, finalmente, a la estimulación de la actividad de la tirosina quinasa y la señalización celular. [21] Por lo tanto, es un ejemplo de una reacción de transautofosforilación, donde una subunidad del receptor del dímero fosforila a la otra subunidad. [22]

Ejemplos de RTK que sufren autofosforilación

Receptor del factor de crecimiento epidérmico

Un ejemplo de RTK que experimentan autofosforilación es el receptor del factor de crecimiento epidérmico (EGFR). El EGFR fue el primer ejemplo descubierto de RTK. Después de la unión del ligando, se produce un cambio conformacional en los monómeros del EGFR. Esto conduce a la dimerización del EGFR. [21] La dimerización acerca los dos receptores. Esto estimula la actividad quinasa del EGFR, lo que conduce a la transautofosforilación en múltiples residuos de tirosina en el extremo C-terminal de la molécula. El residuo de tirosina fosforilado puede servir entonces como un sitio de acoplamiento para las proteínas de señalización descendentes. [21] (Fig. 1).

Receptores de insulina

Otro ejemplo es la unión de la insulina a los receptores de insulina . Una vez liberada en el torrente sanguíneo, la insulina puede unirse a los receptores en la superficie de las células en los músculos u otros tejidos. Este receptor es una proteína con una estructura cuaternaria (αβ)2 . Las dos subunidades α grandes son extracelulares, mientras que las subunidades β más pequeñas tienen un dominio transmembrana, así como dominios extra e intracelulares. En ausencia de insulina, los dos dominios intracelulares de las subunidades β están relativamente distantes. La unión con la insulina desencadena un cambio conformacional en el receptor que los acerca. Cada dominio intracelular de la subunidad β es una tirosina quinasa que fosforila a su pareja en el receptor. [3]

Cáncer

Quinasas Src

Las quinasas de la familia Src son ejemplos de proteínas que utilizan la autofosforilación para mantener sus estados activados. [3] Las quinasas Src están involucradas en vías de señalización intracelular que influyen en el crecimiento celular y la fuerza de adhesión celular. Esta última contribuye al control de la migración celular. De esta manera, la desregulación de la quinasa Src puede mejorar el crecimiento tumoral y el potencial invasivo de las células cancerosas. [2] La actividad de las quinasas Src está regulada tanto por la fosforilación como por interacciones intramoleculares que involucran los dominios SH2 y SH3 . El probable mecanismo de activación de la quinasa Src en el cáncer es el siguiente:

Quinasa mutada de la ataxia telangiectasia (quinasa ATM)

La quinasa ATM, un miembro de la familia PI3 de quinasas de serina/treonina, desempeña un papel crítico en el mantenimiento de la estabilidad del genoma, lo cual es de importancia fundamental para la supervivencia de todos los organismos. Ejerce su efecto fosforilando proteínas diana como P53 , MDM2 y chk2 . La activación de ATM se facilita por autofosforilación. La ATM inactiva existe como dímero, donde el dominio quinasa de un monómero está unido al dominio interno del otro monómero, que contiene ser-1981. Por lo tanto, será inaccesible a los sustratos celulares. En respuesta al daño del ADN, el dominio quinasa de un monómero fosforila ser-1981 del otro ATM interactuante, lo que resulta en la disociación de la subunidad y la activación de ATM. La ATM activada desencadena una secuencia de eventos que incluyen la detención del ciclo celular, lo que da tiempo para la reparación del ADN dañado. Si el ADN dañado no se repara, puede provocar muerte celular o inestabilidad genómica, cáncer y otras patologías. [23]

Véase también

Referencias

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