Las efrinas (también conocidas como ligandos de efrina o proteínas que interactúan con el receptor de la familia Eph ) son una familia de proteínas que actúan como ligandos del receptor Eph . Los receptores Eph, a su vez, componen la subfamilia más grande conocida de receptores de proteína tirosina quinasas (RTK).
Dado que los ligandos de efrina (efrinas) y los receptores de Eph (Ephs) son proteínas unidas a la membrana , la unión y activación de las vías de señalización intracelular de Eph/efrina solo puede ocurrir a través de la interacción directa entre células . La señalización de Eph/efrina regula una variedad de procesos biológicos durante el desarrollo embrionario , incluida la guía de los conos de crecimiento axonal , [1] la formación de límites tisulares, [2] la migración celular y la segmentación . [3] Además, se ha identificado que la señalización de Eph/efrina desempeña un papel crítico en el mantenimiento de varios procesos durante la edad adulta, incluida la potenciación a largo plazo , [4] la angiogénesis , [5] y la diferenciación de células madre . [6]
Los ligandos de efrina se dividen en dos subclases, efrina-A y efrina-B, en función de su estructura y su enlace con la membrana celular. Las efrina-A están ancladas a la membrana mediante un enlace de glicosilfosfatidilinositol (GPI) y carecen de un dominio citoplasmático, mientras que las efrina-B están unidas a la membrana mediante un único dominio transmembrana que contiene un motivo de unión PDZ citoplasmático corto . Los genes que codifican las proteínas efrina-A y efrina-B se denominan EFNA y EFNB respectivamente. Los receptores de Eph, a su vez, se clasifican como EphA o EphB en función de su afinidad de unión con los ligandos de efrina-A o efrina-B. [7]
De las ocho efrinas que se han identificado en humanos, hay cinco ligandos de efrina-A conocidos (efrina-A1-5) que interactúan con nueve EphAs (EphA1-8 y EphA10) y tres ligandos de efrina-B (efrina-B1-3) que interactúan con cinco EphBs (EphB1-4 y EphB6). [4] [8] Las Ephs de una subclase particular demuestran una capacidad para unirse con alta afinidad a todas las efrinas de la subclase correspondiente, pero en general tienen poca o ninguna unión cruzada con las efrinas de la subclase opuesta. [9] Sin embargo, hay algunas excepciones a esta especificidad de unión intrasubclase, ya que recientemente se ha demostrado que la efrina-B3 puede unirse y activar el receptor EPH A4 y la efrina-A5 puede unirse y activar el receptor Eph B2 . [10] Los EphAs/ephrin-As se unen típicamente con alta afinidad, lo que puede atribuirse parcialmente al hecho de que los ephrin-As interactúan con los EphAs mediante un mecanismo de "llave y cerradura" que requiere poco cambio conformacional de los EphAs tras la unión del ligando. Por el contrario, los EphB se unen típicamente con menor afinidad que los EphAs/ephrin-As, ya que utilizan un mecanismo de "ajuste inducido" que requiere un mayor cambio conformacional de los EphB para unirse a los ephrin-Bs. [11]
Durante el desarrollo del sistema nervioso central, la señalización Eph/efrina desempeña un papel fundamental en la migración mediada entre células de varios tipos de axones neuronales hacia sus destinos objetivo. La señalización Eph/efrina controla la guía de los axones neuronales a través de su capacidad para inhibir la supervivencia de los conos de crecimiento axonal , lo que repele al axón migratorio del sitio de activación de Eph/efrina. [12] Los conos de crecimiento de los axones migratorios no responden simplemente a los niveles absolutos de Eph o efrinas en las células con las que entran en contacto, sino que responden a los niveles relativos de expresión de Eph y efrina, [13] lo que permite que los axones migratorios que expresan Eph o efrinas se dirijan a lo largo de gradientes de células que expresan Eph o efrina hacia un destino donde la supervivencia del cono de crecimiento axonal ya no está completamente inhibida. [12]
Aunque la activación de Eph-efrina suele estar asociada con una disminución de la supervivencia del cono de crecimiento y la repulsión de los axones migrantes, recientemente se ha demostrado que la supervivencia del cono de crecimiento no depende sólo de la activación de Eph-efrina, sino más bien de los efectos diferenciales de la señalización "directa" del receptor Eph o la señalización "inversa" del ligando de efrina sobre la supervivencia del cono de crecimiento. [12] [14]
La formación de un mapa retinotópico organizado en el colículo superior (SC) (conocido como techo óptico en vertebrados inferiores) requiere la migración adecuada de los axones de las células ganglionares de la retina (RGC) desde la retina a regiones específicas en el SC que está mediada por gradientes de expresión de Eph y efrina tanto en el SC como en las RGC migratorias que salen de la retina. [15] La disminución de la supervivencia de los conos de crecimiento axonal discutida anteriormente permite un gradiente de expresión de ligando de efrina-A posterior alta a anterior baja en el SC para dirigir los axones de las RGC migratorias desde la región temporal de la retina que expresan un alto nivel de receptores EphA hacia objetivos en el SC anterior y las RGC de la retina nasal que tienen baja expresión de EphA hacia su destino final en el SC posterior. [16] [17] [18] De manera similar, un gradiente de expresión de efrina-B1 a lo largo del eje medial-ventral del SC dirige la migración de las RGC que expresan EphB dorsales y ventrales al SC lateral y medial respectivamente. [19]
Las efrinas promueven la angiogénesis en condiciones fisiológicas y patológicas (p. ej., angiogénesis del cáncer, neovascularización en malformaciones arteriovenosas cerebrales ). [20] [21] En particular, la efrina-B2 y la efrina-B4 determinan el destino arterial y venoso de las células endoteliales, respectivamente, a través de la regulación de la angiogénesis al mitigar la expresión en la vía de señalización del VEGF . [20] [22] La efrina-B2 afecta a los receptores del VEGF (p. ej., VEGFR3 ) a través de vías de señalización directa e inversa. [22] La vía de la efrina-B2 se extiende a la linfangiogénesis , lo que lleva a la internalización de VEGFR3 en células endoteliales linfáticas cultivadas. [22] Aunque se elucida el papel de las efrinas en la angiogénesis del desarrollo, la angiogénesis tumoral sigue siendo nebulosa. Según las observaciones en ratones deficientes en efrina-A2 , la efrina-A2 puede funcionar en la señalización directa en la angiogénesis tumoral; Sin embargo, esta efrina no contribuye a las deformidades vasculares durante el desarrollo. [23] Además, la efrina B2 y la efrina B4 también pueden contribuir a la angiogénesis tumoral además de sus posiciones en el desarrollo, aunque el mecanismo exacto sigue sin estar claro. [23] Los pares de receptores efrina B2/efrina B4 y efrina B3/efrina B1 contribuyen más a la vasculogénesis además de a la angiogénesis, mientras que la efrina A1/efrina A2 parece contribuir exclusivamente a la angiogénesis. [24]
Se ha descubierto que varios tipos de efrinas y receptores de Eph se regulan positivamente en cánceres humanos, incluidos cánceres de mama, colon y hígado. [24] Sorprendentemente, la regulación negativa de otros tipos de efrinas y sus receptores también puede contribuir a la tumorigénesis; a saber, EphA1 en cánceres colorrectales y EphB6 en melanoma . [24] Al mostrar una utilidad similar, diferentes efrinas incorporan vías mecanísticas similares para complementar el crecimiento de diferentes estructuras.
La familia de proteínas efrina de clase A y clase B guía a los ligandos con los receptores de superficie celular de la familia EphB para proporcionar una migración constante, ordenada y específica de las células epiteliales intestinales desde la cripta [ aclaración necesaria ] hasta las vellosidades . La proteína Wnt desencadena la expresión de los receptores EphB en lo profundo de la cripta, lo que conduce a una disminución de la expresión de Eph y un aumento de la expresión del ligando efrina, cuanto más superficial sea la ubicación de una célula progenitora. [25] La migración es causada por un mecanismo de señalización bidireccional en el que la interacción del ligando efrina con el receptor EphB regula la dinámica del citoesqueleto de actina para causar una "repulsión". Las células permanecen en su lugar una vez que la interacción cesa. Mientras que las células caliciformes secretoras de moco y las células absorbentes se mueven hacia el lumen , las células de Paneth maduras se mueven en la dirección opuesta, hacia el fondo de la cripta, donde residen. [26] Con excepción del ligando de efrina que se une a EphA5, todas las demás proteínas de las clases A y B se han encontrado en el intestino. Sin embargo, las proteínas efrina A4, A8, B2 y B4 tienen niveles más altos en la etapa fetal y disminuyen con la edad.
Los experimentos realizados con ratones knock out para el receptor Eph revelaron un desorden en la distribución de diferentes tipos de células. [26] Las células absorbentes de diversa diferenciación se mezclaron con las células madre dentro de las vellosidades. Sin el receptor, se demostró que el ligando Ephrin era insuficiente para la colocación correcta de las células. [27] Estudios recientes con ratones knock out también han mostrado evidencia del papel indirecto de la interacción ephrin-eph en la supresión del cáncer colorrectal . El desarrollo de pólipos adenomatosos creados por el crecimiento incontrolado de células epiteliales está controlado por la interacción ephrin-eph. Los ratones con mutación APC , sin proteína ephrin-B, carecen de los medios para prevenir la propagación de células tumorales ephB positivas a lo largo de la unión cripta-vellosidades. [28]
Una propiedad única de los ligandos de efrina es que muchos tienen la capacidad de iniciar una señal "inversa" que es independiente y distinta de la señal intracelular activada en las células que expresan el receptor Eph. Aunque los mecanismos por los cuales se produce la señalización "inversa" no se comprenden por completo, se ha demostrado que tanto las efrinas A como las efrinas B median respuestas celulares que son distintas de las asociadas con la activación de sus receptores correspondientes. En concreto, se ha demostrado que la efrina A5 estimula la expansión del cono de crecimiento en las neuronas motoras espinales [12] y que la efrina B1 promueve la maduración de las espinas dendríticas [29] .