Los receptores Eph ( Ephs , por los receptores hepatocelulares humanos productores de eritropoyetina ) son un grupo de receptores que se activan en respuesta a la unión con proteínas que interactúan con el receptor Eph (Ephinas) . Los Eph forman la subfamilia más grande conocida de receptores de tirosina quinasas (RTK). Tanto los receptores Eph como sus ligandos de efrina correspondientes son proteínas unidas a la membrana que requieren interacciones directas entre células para la activación del receptor Eph. La señalización Eph/efrina se ha implicado en la regulación de una serie de procesos críticos para el desarrollo embrionario , incluida la guía axonal , [1] la formación de límites tisulares, [2] la migración celular y la segmentación . [3] Además, se ha identificado que la señalización 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 y el cáncer . [6]
Los Ephs se pueden dividir en dos subclases, EphAs y EphBs (codificados por los loci genéticos designados EPHA y EPHB respectivamente), en función de la similitud de secuencia y de su afinidad de unión por los ligandos de efrina-A unidos a glicosilfosfatidilinositol o por los ligandos de efrina-B unidos a transmembrana. [7] De los 16 receptores Eph (ver arriba) que se han identificado en animales, se sabe que los humanos expresan nueve EphAs (EphA1-8 y EphA10) y cinco EphBs (EphB1-4 y EphB6). [8] En general, los Ephs de una subclase particular se unen preferentemente a todas las efrinas de la subclase correspondiente, pero tienen poca o ninguna unión cruzada con las efrinas de la subclase opuesta. [9] Recientemente se ha propuesto que la especificidad intrasubclase de la unión de Eph/efrina podría atribuirse parcialmente a los diferentes mecanismos de unión utilizados por EphAs y EphBs. Sin embargo, existen excepciones a la especificidad de unión intrasubclase observada en Ephs, ya que recientemente se ha demostrado que la efrina-B3 puede unirse a EphA4 y activarla , y que la efrina-A5 puede unirse a EphB2 y activarla . [10] La interacción EphA/efrinaA ocurre típicamente con mayor afinidad que las interacciones EphB/efrina-B, lo que puede atribuirse parcialmente al hecho de que las efrina-As se unen a través de un mecanismo de "cerradura y llave" que requiere poco cambio conformacional de las EphAs en contraste con las EphBs que utilizan un mecanismo de "ajuste inducido" que requiere una mayor cantidad de energía para alterar la conformación de las EphBs para unirse a las efrina-Bs. [11]
Se han identificado 16 Efesios en animales y se enumeran a continuación:
El dominio extracelular de los receptores Eph está compuesto por un dominio de unión al ligando de efrina globular altamente conservado , una región rica en cisteína y dos dominios de fibronectina tipo III . El dominio citoplasmático de los receptores Eph está compuesto por una región yuxtamembrana con dos residuos de tirosina conservados, un dominio de tirosina quinasa , un motivo alfa estéril (SAM) y un motivo de unión a PDZ . [4] [11] Después de la unión de un ligando de efrina al dominio globular extracelular de un receptor Eph, los residuos de tirosina y serina en la región yuxtamembrana del Eph se fosforilan [12] permitiendo que la tirosina quinasa intracelular se convierta en su forma activa y posteriormente active o reprima las cascadas de señalización descendentes. [13] La estructura de la transautofosforilación de la región yuxtamembrana de EPHA2 se ha observado dentro de un cristal de EPHA2. [14]
La capacidad de las Ephs y las efrinas para mediar una variedad de interacciones entre células coloca al sistema Eph/efrina en una posición ideal para regular una variedad de procesos biológicos diferentes durante el desarrollo embrionario .
A diferencia de la mayoría de las otras RTK, las Eph tienen una capacidad única para iniciar una señal intercelular tanto en la célula portadora del receptor (señalización "directa") como en la célula opuesta portadora de efrina (señalización "inversa") después del contacto célula-célula, lo que se conoce como señalización bidireccional. [15] Aunque las consecuencias funcionales de la señalización bidireccional Eph/efrina no se han dilucidado por completo, está claro que un proceso de señalización tan único permite que las Eph efrina tengan efectos opuestos en la supervivencia del cono de crecimiento [16] y permite la segregación de células que expresan Eph de células que expresan efrina. [17]
La segmentación es un proceso básico de embriogénesis que ocurre en la mayoría de los invertebrados y todos los vertebrados por el cual el cuerpo se divide inicialmente en unidades funcionales. En las regiones segmentadas del embrión, las células comienzan a presentar límites bioquímicos y morfológicos en los cuales el comportamiento celular es drásticamente diferente, vital para la diferenciación y función futuras. [18] En el rombencéfalo, la segmentación es un proceso definido con precisión. En el mesodermo paraxial , sin embargo, el desarrollo es un proceso dinámico y adaptativo que se ajusta de acuerdo con el crecimiento del cuerpo posterior. Varios receptores Eph y efrinas se expresan en estas regiones y, a través del análisis funcional, se ha determinado que la señalización Eph es crucial para el desarrollo y mantenimiento adecuados de estos límites de segmento. [18] Estudios similares realizados en pez cebra han demostrado procesos de segmentación similares dentro de los somitas que contienen un patrón de expresión rayado de receptores Eph y sus ligandos, que es vital para una segmentación adecuada: la interrupción de la expresión resulta en límites mal ubicados o incluso ausentes. [19]
A medida que se desarrolla el sistema nervioso, el patrón de las conexiones neuronales se establece mediante guías moleculares que dirigen los axones ( guía axonal ) a lo largo de vías mediante señales derivadas del objetivo y de la vía. [20] La señalización Eph/efrina regula la migración de los axones a sus destinos objetivo en gran medida disminuyendo la supervivencia de los conos de crecimiento axonal y repeliendo el axón migratorio lejos del sitio de activación de Eph/efrina. [16] [21] Este mecanismo de repeler los axones migratorios a través de la disminución de la supervivencia del cono de crecimiento depende de los niveles relativos de expresión de Eph y efrina y permite que los gradientes de expresión de Eph y efrina en las células objetivo dirijan la migración de los conos de crecimiento axonal en función de sus propios niveles relativos de expresión de Eph y efrina. Normalmente, la señalización directa de los receptores EphA y EphB media el colapso del cono de crecimiento, mientras que la señalización inversa a través de efrina-A y efrina-B induce la supervivencia del cono de crecimiento. [16] [22]
La capacidad de la señalización Eph/efrina para dirigir la migración de axones a lo largo de gradientes de expresión de Eph/efrina se evidencia en la formación del mapa retinotópico en el sistema visual, con niveles de expresión gradual tanto de receptores Eph como de ligandos de efrina que conducen al desarrollo de un mapa neuronal resuelto [23] (para una descripción más detallada de la señalización Eph/efrina, consulte "Formación del mapa retinotópico" en efrina ). Estudios posteriores mostraron el papel de Eph en el mapeo topográfico en otras regiones del sistema nervioso central, como el aprendizaje y la memoria a través de la formación de proyecciones entre el tabique y el hipocampo. [24]
Además de la formación de mapas topográficos, la señalización Eph/efrina ha estado implicada en la guía adecuada de los axones de las neuronas motoras en la médula espinal . Aunque varios miembros de Ephs y efrinas contribuyen a la guía de las neuronas motoras, [25] se ha demostrado que la señalización inversa de efrina-A5 desempeña un papel crítico en la supervivencia de los conos de crecimiento de las neuronas motoras y en la mediación de la migración de los conos de crecimiento al iniciar la repelencia en los axones migrantes que expresan EphA. [16]
Más allá de la simple guía axonal, las células Eph se han visto implicadas en la migración de las células de la cresta neural durante la gastrulación. [26] En el tronco embrionario de pollo y rata, la migración de las células de la cresta está mediada parcialmente por los receptores EphB . Se ha demostrado que mecanismos similares controlan el movimiento de la cresta en el rombencéfalo dentro de los rombómeros 4, 5 y 7, que distribuyen las células de la cresta a los arcos braquiales 2, 3 y 4 respectivamente. En C. elegans , la inactivación del gen vab-1, que se sabe que codifica un receptor Eph, y su ligando Ephrin vab-2, afecta a dos procesos migratorios celulares. [27] [28]
Los receptores Eph están presentes en gran medida durante la vasculogénesis , la angiogénesis y otros desarrollos tempranos del sistema circulatorio . Este desarrollo se altera sin ellos. Se cree que distingue el endotelio arterial y venoso , estimulando la producción de brotes capilares , así como la diferenciación del mesénquima en células de sostén perivasculares .
La construcción de los vasos sanguíneos requiere la coordinación de las células endoteliales y mesenquimales de sostén a través de múltiples fases para desarrollar las intrincadas redes necesarias para un sistema circulatorio completamente funcional. [29] La naturaleza dinámica y los patrones de expresión de las Eph las hacen, por lo tanto, ideales para desempeñar funciones en la angiogénesis. Los modelos embrionarios de ratón muestran la expresión de EphA1 en el mesodermo y las células preendocárdicas, que luego se extienden hacia la aorta dorsal y luego a la vena cefálica primaria, los vasos intersomíticos y la vasculatura de los esbozos de las extremidades, lo que sería coherente con una función en la angiogénesis. También se han detectado diferentes receptores Eph de clase A en el revestimiento de la aorta, las arterias del arco braquial, la vena umbilical y el endocardio. [29] Se detectó la expresión complementaria de EphB2/efrina-B4 en las células endoteliales arteriales en desarrollo y de EphB4 en las células endoteliales venosas. [30] También se detectó la expresión de EphB2 y efrina-B2 en células mesenquimales de soporte, lo que sugiere un papel en el desarrollo de la pared a través de la mediación de interacciones endoteliales-mesenquimales. [31] La formación de vasos sanguíneos durante la embriogénesis consiste en la vasculogénesis, la formación de una red capilar primaria seguida de una segunda remodelación y reestructuración en una red terciaria más fina - estudios que utilizaron ratones deficientes en efrina-B2 mostraron una interrupción de la vasculatura embrionaria como resultado de una deficiencia en la reestructuración de la red primaria. [18] El análisis funcional de otros ratones mutantes ha llevado al desarrollo de una hipótesis por la cual las Ephs y las efrinas contribuyen al desarrollo vascular al restringir la mezcla endotelial arterial y venosa, estimulando así la producción de brotes capilares , así como en la diferenciación del mesénquima en células de soporte perivascular, un área de investigación en curso. [29]
Aunque actualmente hay poca evidencia que respalde esto (y evidencia creciente para refutarlo), algunos estudios tempranos implicaron que los Ephs juegan un papel en la señalización del desarrollo de las extremidades . [18] En los polluelos, EphA4 se expresa en los brotes de alas y patas en desarrollo, así como en los primordios de plumas y escamas. [32] Esta expresión se ve en el extremo distal de los brotes de las extremidades, donde las células aún no se diferencian y se dividen, y parece estar bajo la regulación del ácido retinoico, FGF2, FGF4 y BMP-2, conocidos por regular los patrones de las extremidades. Los ratones defectuosos en EphA4 no presentan anomalías en la morfogénesis de las extremidades (comunicación personal entre Andrew Boyd y Nigel Holder), por lo que es posible que estos patrones de expresión estén relacionados con la guía neuronal o la vascularización de la extremidad y se requieren más estudios para confirmar o negar un papel potencial de Eph en el desarrollo de las extremidades.
Como miembro de la familia RTK y con responsabilidades tan diversas como las de Ephs, no es sorprendente saber que las Ephs han estado implicadas en varios aspectos del cáncer . Si bien se han utilizado ampliamente durante el desarrollo, las Ephs rara vez se detectan en tejidos adultos. Los niveles elevados de expresión y actividad se han correlacionado con el crecimiento de tumores sólidos, y los receptores Eph de las clases A y B se sobreexpresan en una amplia gama de cánceres, incluidos el melanoma, el cáncer de mama, próstata, páncreas, gástrico, esofágico y de colon, así como los tumores hematopoyéticos. [33] [34] [35] El aumento de la expresión también se correlacionó con más tumores malignos y metastásicos, lo que es coherente con el papel de las Ephs en la regulación del movimiento celular. [29]
Es posible que la mayor expresión de Eph en el cáncer desempeñe varias funciones, en primer lugar, actuando como factores de supervivencia o como promotor del crecimiento anormal. [36] Las propiedades angiogénicas del sistema Eph pueden aumentar la vascularización y, por lo tanto, la capacidad de crecimiento de los tumores. [29] En segundo lugar, los niveles elevados de Eph pueden alterar la adhesión célula-célula a través de la cadherina, conocida por alterar la expresión y la localización de los receptores de Eph y las efrinas, que se sabe que alteran aún más la adhesión celular, una característica clave de los cánceres metastásicos. [36] En tercer lugar, la actividad de Eph puede alterar las interacciones de la matriz celular a través de las integrinas mediante el secuestro de moléculas de señalización después de la activación del receptor Eph, así como proporcionar una posible adherencia a través de la unión del ligando de efrina después de la metástasis. [35] [36]
Los receptores Eph se identificaron inicialmente en 1987 tras una búsqueda de tirosina quinasas con posibles funciones en el cáncer, y recibieron su nombre de la línea celular de carcinoma hepatocelular productora de eritropoyetina de la que se obtuvo su ADNc . [37] Estos receptores transmembranosos se clasificaron inicialmente como receptores huérfanos sin ligandos ni funciones conocidos, y pasó algún tiempo antes de que se conocieran las posibles funciones de los receptores. [20]
Cuando se demostró que casi todos los receptores Eph se expresaban durante varias etapas bien definidas del desarrollo en diferentes ubicaciones y concentraciones, se propuso un papel en el posicionamiento celular, lo que inició una investigación que reveló las familias Eph/efrina como un sistema principal de guía celular durante el desarrollo de vertebrados e invertebrados. [38]
