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

Las ROCK de rata fueron descubiertas 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 lo tanto, la contractilidad . Se han identificado dos isoformas de ROCK de ratón, ROCK1 y ROCK2. ROCK1 se expresa principalmente en el pulmón , hígado , bazo , riñón y testículo . 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 de calcio; estos iones de calcio, a su vez, estimulan una quinasa de cadena ligera de miosina, forzando una contracción. ^[5] Las proteínas quinasas asociadas a Rho son quinasas de serina o treonina que determinan la sensibilidad al calcio en las células del músculo liso.

Función

Función y regulación de ROCK

ROCK juega un papel en una amplia gama de diferentes fenómenos celulares, ya que ROCK es una proteína efectora descendente 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 lo tanto, un regulador de la migración celular de la siguiente manera:

Los ROCK pueden fosforilar diferentes sustratos, entre ellos la cinasa LIM , 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 la despolimerización de los filamentos de actina indirectamente: ROCK fosforila y activa la quinasa LIM , que a su vez fosforila la ADF/cofilina , inactivando así su actividad de despolimerización de actina. Esto da como resultado la estabilización de los filamentos de actina y un aumento en 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 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 . De este modo, varias miosinas agrupadas y activas, que actúan asincrónicamente en varios filamentos de actina, mueven los filamentos de actina unos contra otros, lo que da lugar a un acortamiento neto de las fibras de actina.
• En segundo lugar, ROCK inactiva la fosfatasa MLC , lo que conduce a un aumento de los niveles de MLC fosforilada.

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, caldesmón 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

• La RhoA-GTP estimula la actividad de la fosfatasa de fosfolípidos de PTEN ( homólogo de fosfatasa y tensina), una proteína supresora de tumores humana . Esta estimulación parece depender de ROCK. ^{[8] [9]} De esta manera, PTEN es importante para prevenir la división celular descontrolada que se manifiesta en las células cancerosas.
• ROCK juega un papel importante en el control del ciclo celular, parece inhibir la separación prematura de los dos centriolos en G1, y se propone que es necesario para la contracción del surco de división, que es necesario para la finalización de la citocinesis . ^{[2] [10] [11] [12] [13] [14]}
• Las 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 ROCKS desempeñan un papel en la formación de vesículas en la membrana , un cambio morfológico que se observa en las células que están en proceso de apoptosis . La proteasa proapoptótica, caspasa 3, activa la actividad de la quinasa ROCK al escindir el dominio PH C-terminal. Como resultado, se elimina el pliegue intramolecular autoinhibitorio de ROCK. ROCK también regula la fosforilación de MLC y la contractilidad de actomiosina, que regulan la formación de vesículas en la membrana. ^[2]
• Las ROCK contribuyen a la retracción de las neuritas al inducir el colapso del cono de crecimiento mediante la activación de la contractilidad de la actomiosina. También es posible que la fosforilación de la proteína mediadora de respuesta a la colapsina-2 (CRMP2) por ROCK inhiba la función de CRPM2 de promover el crecimiento axonal, lo que da como resultado el colapso del cono de crecimiento. ^[2]
• Las ROCK regulan la adhesión entre células: la pérdida de la actividad de 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. La actividad de ROCK en estas células parece estimular la interrupción de los contactos entre células mediados por E-cadherina al activar la contractilidad de la actomiosina. ^[2]

3. Otros objetivos de ROCK

• NHE1 (un intercambiador de hidrógeno y sodio, involucrado en las adherencias focales y la organización de la actina)
• Proteínas de filamentos intermedios: vimentina, GFAP (proteína ácida fibrilar glial), NF-L (proteína L del neurofilamento)
• Proteínas de unión a F-actina: aducina, EF-1α (factor de elongación, cofactor de traducción), MARCKS (sustrato de la C quinasa rica en alanina miristilada), caponina (función desconocida) y ERM (involucrada en la unión del citoesqueleto de actina a la membrana plasmática).

Homólogos

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

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

Regulación

ROCK es una molécula efectora descendente de la Rho GTPasa Rho que aumenta la actividad de la quinasa ROCK 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 de quinasa N-terminal, una región superenrollada y un dominio PH que contiene un dominio rico en cisteína (CRD) en el extremo C-terminal. Un dominio de unión a Rho (RBD) se encuentra muy cerca, justo delante del dominio PH.

La actividad de la quinasa se inhibe por 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 de la quinasa se desactiva cuando ROCK se pliega intramolecularmente. La actividad de la quinasa se activa cuando Rho-GTP se une al dominio de unión a Rho de ROCK, lo que interrumpe la interacción autoinhibitoria dentro de ROCK, lo que libera el dominio quinasa porque ROCK ya no se pliega intramolecularmente. ^[2]

Otros reguladores

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

Inhibidores

Enfermedad

Las investigaciones de 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 las quinasas MRCKα/β se han implicado en la plasticidad de la migración de células cancerosas, el fenómeno que otorga ventaja de supervivencia a las células cancerosas durante los tratamientos farmacológicos ( resistencia a los fármacos ). ^[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]

Véase también

• Roca1

Referencias

1. Hahmann C, Schroeter T (enero de 2010). "Inhibidores de la rho-quinasa como agentes terapéuticos: de la inhibición de la pan-quinasa a la selectividad de isoformas". Ciencias de la vida celular y molecular . 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". Nature Reviews. 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 de unión a p160 RhoA ROK alfa es miembro de una familia de quinasas y está involucrada en la reorganización del citoesqueleto". Biología molecular y celular . 16 (10): 5313–27. doi :10.1128/mcb.16.10.5313. PMC 231530 . PMID  8816443. 
4. Nakagawa O, Fujisawa K, Ishizaki T, Saito Y, Nakao K, Narumiya S (agosto de 1996). "ROCK-I y ROCK-II, dos isoformas de la proteína serina/treonina quinasa formadora de espiral asociada a Rho en ratones". FEBS Letters . 392 (2): 189–93. doi : 10.1016/0014-5793(96)00811-3 . PMID  8772201. S2CID  6684411.
5. Anjum I (junio de 2018). "Mecanismos de sensibilización al calcio en los músculos lisos del detrusor". Revista de fisiología básica y clínica y farmacología . 29 (3): 227–235. doi :10.1515/jbcpp-2017-0071. PMID  29306925. S2CID  20486807.
6. Maekawa M, Ishizaki T, Boku S, Watanabe N, Fujita A, Iwamatsu A, Obinata T, Ohashi K, Mizuno K, Narumiya S (agosto de 1999). "Señalización de Rho al citoesqueleto de actina a través de proteínas quinasas ROCK y LIM-quinasa". Ciencia . 285 (5429): 895–8. doi : 10.1126/ciencia.285.5429.895. PMID  10436159.
7. Wang Y, Zheng XR, Riddick N, Bryden M, Baur W, Zhang X, Surks HK (febrero de 2009). "Regulación de la isoforma ROCK de la fosfatasa de miosina y la contractilidad en las células musculares lisas vasculares". Circulation Research . 104 (4): 531–40. doi :10.1161/CIRCRESAHA.108.188524. PMC 2649695 . PMID  19131646. 
8. Li Z, Dong X, Dong X, Wang Z, Liu W, Deng N, Ding Y, Tang L, Hla T, Zeng R, Li L, Wu D (abril de 2005). "Regulación de PTEN por GTPasas pequeñas de Rho". Nature Cell Biology . 7 (4): 399–404. doi :10.1038/ncb1236. PMID  15793569. S2CID  19316266.
9. "Gen Entrez: homólogo de fosfatasa PTEN y tensina (mutado en múltiples cánceres avanzados 1)".
10. Gao SY, Li CY, Chen J, Pan L, Saito S, Terashita T, Saito K, Miyawaki K, Shigemoto K, Mominoki K, Matsuda S, Kobayashi N (2004). "La vía de señalización Rho-ROCK regula el proceso de formación basado en microtúbulos de podocitos cultivados: inhibición del proceso de elongación promovido por ROCK". Nephron Experimental Nephrology . 97 (2): e49–61. doi :10.1159/000078406. PMID  15218323. S2CID  45342422.
11. Drechsel DN, Hyman AA, Hall A, Glotzer M (enero de 1997). "Un requerimiento para Rho y Cdc42 durante la citocinesis en embriones de Xenopus". Current Biology . 7 (1): 12–23. doi : 10.1016/S0960-9822(06)00023-6 . PMID  8999996. S2CID  16144917.
12. Kosako H, Yoshida T, Matsumura F, Ishizaki T, Narumiya S, Inagaki M (diciembre de 2000). "La rho-quinasa/ROCK participa en la citocinesis mediante la fosforilación de la cadena ligera de miosina y no de las proteínas ezrin/radixina/moesina en el surco de escisión". Oncogén . 19 (52): 6059–64. doi : 10.1038/sj.onc.1203987 . PMID  11146558. S2CID  39115039.
13. Yasui Y, Amano M, Nagata K, Inagaki N, Nakamura H, Saya H, Kaibuchi K, Inagaki M (noviembre de 1998). "Funciones de la quinasa asociada a Rho en la citocinesis; las mutaciones en los sitios de fosforilación de la quinasa asociada a Rho perjudican la segregación citocinética de los filamentos gliales". The Journal of Cell Biology . 143 (5): 1249–58. doi :10.1083/jcb.143.5.1249. PMC 2133074 . PMID  9832553. 
14. Piekny AJ, Mains PE (junio de 2002). "La quinasa de unión a Rho (LET-502) y la fosfatasa de miosina (MEL-11) regulan la citocinesis en el embrión temprano de Caenorhabditis elegans". Journal of Cell Science . 115 (Pt 11): 2271–82. doi : 10.1242/jcs.115.11.2271 . PMID  12006612.
15. Sladojevic N, Yu B, Liao JK (diciembre de 2017). "ROCK como objetivo terapéutico para el accidente cerebrovascular isquémico". Expert Review of Neurotherapeutics . 17 (12): 1167–1177. doi :10.1080/14737175.2017.1395700. PMC 6221831 . PMID  29057688. 
16. Yu B, Sladojevic N, Blair JE, Liao JK (enero de 2020). "Ataque a la proteína quinasa formadora de espiral asociada a Rho (ROCK) en la fibrosis y el endurecimiento cardiovascular". Opinión de expertos sobre objetivos terapéuticos . 24 (1): 47–62. doi :10.1080/14728222.2020.1712593. ISSN  1744-7631. PMC 7662835 . PMID  31906742. S2CID  210043399. 
17. Chong CM, Ai N, Lee SM (2017). "ROCK en el SNC: diferentes funciones de las isoformas y diana terapéutica para los trastornos neurodegenerativos". Current Drug Targets . 18 (4): 455–462. doi :10.2174/1389450117666160401123825. ISSN  1873-5592. PMID  27033194.
18. Wei L, Surma M, Shi S, Lambert-Cheatham N, Shi J (agosto de 2016). "Nuevos conocimientos sobre las funciones de la Rho quinasa en el cáncer". Archivum Immunologiae et Therapiae Experimentalis . 64 (4): 259–78. doi :10.1007/s00005-015-0382-6. PMC 4930737 . PMID  26725045. 
19. Col rizada, Vijay Pralhad; Hengst, Jeremy A.; Desai, Dhimant H.; Amin, Shantu G.; Yun, Jong K. (1 de junio de 2015). "Las funciones reguladoras de las quinasas ROCK y MRCK en la plasticidad de la migración de células cancerosas". Cartas de Cáncer . 361 (2): 185-196. doi :10.1016/j.canlet.2015.03.017. ISSN  0304-3835. PMID  25796438.
20. Col rizada, Vijay Pralhad; Hengst, Jeremy A.; Desai, Dhimant H.; Dick, Taryn E.; Choe, Katherine N.; Colledge, Ashley L.; Takahashi, Yoshinori; Sung, Shen-Shu; Amin, Shantu G.; Yun, Jong K. (28 de noviembre de 2014). "Un nuevo inhibidor multiquinasa selectivo de ROCK y MRCK bloquea eficazmente la migración e invasión de células cancerosas". Cartas de Cáncer . 354 (2): 299–310. doi :10.1016/j.canlet.2014.08.032. ISSN  0304-3835. PMC 4182185 . PMID  25172415. 
21. Feng Y, LoGrasso PV, Defert O, Li R (marzo de 2016). "Inhibidores de la quinasa Rho (ROCK) y su potencial terapéutico". Revista de química medicinal . 59 (6): 2269–2300. doi :10.1021/acs.jmedchem.5b00683. ISSN  1520-4804. PMID  26486225.