La fosforilación de tirosina es la adición de un grupo fosfato (PO 4 3− ) al aminoácido tirosina en una proteína. Es uno de los principales tipos de fosforilación de proteínas . Esta transferencia es posible gracias a unas enzimas llamadas tirosina quinasas . La fosforilación de tirosina es un paso clave en la transducción de señales y la regulación de la actividad enzimática.
En el verano de 1979, los estudios de las actividades de las quinasas asociadas a la T media y v-Src del poliomavirus llevaron al descubrimiento de la fosforilación de la tirosina como un nuevo tipo de modificación de proteínas . [1] Tras el descubrimiento en 1979 de que Src es una tirosina quinasa, el número de tirosina quinasas distintas conocidas creció rápidamente, acelerado por el advenimiento de la tecnología de secuenciación rápida de ADN y la PCR . [2] Aproximadamente un año después, los investigadores descubrieron un papel importante de la fosforilación de la tirosina en la señalización y proliferación de factores de crecimiento y, por extensión, en la oncogénesis a través del secuestro de las vías de señalización de la fosforilación de la tirosina de los factores de crecimiento.
En 1990 se detectó la iniciación de la señalización intracelular por la tirosina quinasa del receptor (RTK). Los residuos de fosfotirosina (P.Tyr) en las RTK activadas son reconocidos por un dominio de unión dependiente de fosfo, el dominio SH2 . El reclutamiento de proteínas del dominio SH2 a las RTK autofosforiladas en la membrana plasmática es esencial para iniciar y propagar la señalización descendente. Las proteínas del dominio SH2 pueden tener una variedad de funciones, incluidas las proteínas adaptadoras para reclutar otras proteínas de señalización, enzimas que actúan sobre moléculas de membrana, como las fosfolipasas , las tirosina quinasas citoplasmáticas que retransmiten señales, las ligasas de ubiquitina E3 y los factores de transcripción. [3] En 1995 se encontraron proteínas que contenían un segundo tipo de dominio de unión a P.Tyr, PTB, en la señalización RTK. Gradualmente, el número de tirosina quinasas identificadas y tirosina quinasas del receptor aumentó. En 2002, de las 90 tirosina quinasas humanas conocidas, 58 eran RTK y, oponiéndose a la acción de las tirosina quinasas, había 108 proteínas fosfatasas que pueden eliminar el fosfato de P.Tyr en las proteínas. [4]
Ushiro y Cohen (1980) descubrieron el importante papel de la fosforilación de la tirosina como regulador de los procesos intracelulares y revelaron cambios en la actividad de la tirosina quinasa de las proteínas en células de mamíferos. Posteriormente, se demostró que el cambio en la actividad de la proteína tirosina quinasa subyace a la vía de señalización Ras-MAPK regulada por las quinasas de proteínas activadas por mitógenos (MAP) . [5]
El esquema clásico de transmisión de las señales proliferativas a través de la vía mediada por factores de crecimiento (vía Ras-MAPK) incluye:
Otra vía de transmisión de señales proliferativas al genoma, con participación de factores de crecimiento y tirosina quinasas, es la vía monocascada de las proteínas STAT (transductoras de señales y activadoras de la transcripción) activadas por receptores de factores de crecimiento y citoquinas . La esencia de esta transmisión consiste en la activación directa por las tirosina quinasas de las proteínas STAT (transductoras de señales y activadoras de la transcripción) localizadas en el citoplasma . Esta transmisión también es proporcionada por los contactos del dominio SH2 responsables del acoplamiento de las proteínas que contienen fosfotirosina. [6]
Dos clases importantes de tirosina quinasas en la fosforilación de la tirosina son la tirosina quinasa receptora y la tirosina quinasa no receptora . Las tirosina quinasas receptoras son proteínas transmembrana de tipo I que poseen un dominio extracelular N-terminal , que puede unirse a ligandos activadores, un dominio transmembrana único y un dominio citoplasmático C-terminal que incluye el dominio catalítico . Las tirosina quinasas no receptoras carecen de un dominio transmembrana. La mayoría son proteínas intracelulares solubles, pero un subconjunto se asocia con las membranas a través de una modificación postraduccional dirigida a la membrana , como un grupo miristoilo N-terminal, y puede actuar como la subunidad catalítica para los receptores que carecen de su propio dominio catalítico. [7]
Las proteínas tirosina quinasas (PTK) catalizan la transferencia del grupo γ-fosfato del ATP al grupo hidroxilo de los residuos de tirosina, mientras que las proteínas tirosina fosfatasas (PTP) eliminan el grupo fosfato de la fosfotirosina. [8]
La fosforilación de tirosina de ciertas proteínas diana es necesaria para la estimulación de la actividad enzimática por parte de los ligandos. En respuesta a la activación de los receptores EGF , PDGF o FGF , los dominios SH2 de PLCγ se unen a fosfotirosinas específicas en las colas C-terminales de estos receptores. La unión de PLCγ al receptor activado facilita su fosforilación de tirosina eficiente por parte de la RTK. La activación inducida por PDGF de la actividad de la fosfolipasa C se anula en las células que expresan PLCγ mutada en los sitios de fosforilación de tirosina. [9]
La fosforilación de los residuos de tirosina, que se localizan en las proteínas de membrana, estimula una cascada de vías de señalización que controlan la proliferación , la migración y la adhesión celular . Estos residuos de tirosina se fosforilan muy pronto. Por ejemplo, la p140Cap (proteína asociada a Cas) se fosforila dentro de los 15 minutos posteriores a la adhesión celular a los ligandos de integrina. [10]
La fosforilación de tirosina media en las vías de transducción de señales durante el desarrollo de las células germinales y determina su asociación con la diferenciación de un gameto funcional. Hasta que las células germinales testiculares se diferencian en espermatozoides , la fosforilación de tirosina inducida por AMPc no es detectable. La entrada de estas células en el epidídimo se acompaña de una activación repentina de la vía de fosforilación de tirosina, inicialmente en la parte principal de la célula y posteriormente en la parte intermedia. [11]
Las transiciones en las fases del ciclo celular también dependen de la fosforilación de la tirosina. En la fase G2 tardía, está presente como un complejo inactivo de p34cdc2 fosforilado en tirosina y ciclina Bcdc13 no fosforilada. En la fase M, su activación como una quinasa de histona H1 (H1K) activa que muestra MPF se origina de la desfosforilación concomitante de tirosina de la subunidad p34cdc2 y la fosforilación de la subunidad ciclina Bcdc13. A medida que las células abandonan la fase S y entran en la fase G2, se produce una fosforilación masiva de tirosina de p34cdc2. [12]
La regulación con fosforilación de tirosina juega un papel muy importante en la regulación génica . La fosforilación de tirosina puede influir en la formación de diferentes factores de transcripción y el desarrollo posterior de su producto. Uno de estos casos es la fosforilación de tirosina de caveolina 2 (Cav-2) que regula negativamente la función antiproliferativa del factor de crecimiento transformante beta (TGF-beta) en células endoteliales. Solo la fosforilación de tirosina es esencial para la regulación negativa de la función antiproliferativa y la señalización de TGF-β en las CE. [13]
La fosforilación de los residuos de tirosina desempeña un papel importante en estos dos procesos tan importantes. Se sabe que la endocitosis dependiente de ligando , que no está acoplada a la secreción, está regulada a través de la fosforilación de tirosina. El efecto de la fosforilación de tirosina es específico de la endocitosis rápida. La dinamina es tirosina fosforilada tanto en la endocitosis rápida como en la endocitosis dependiente de ligando. [14]
La insulina se une al receptor de insulina en la superficie celular y activa su actividad de tirosina quinasa, lo que conduce a la autofosforilación y la fosforilación de varios sustratos del receptor. Se sabe que la fosforilación de sitios de tirosina seleccionados en los sustratos del receptor activa diferentes vías que conducen a un aumento de la captación de glucosa , lipogénesis y síntesis de glucógeno y proteínas, así como a la estimulación del crecimiento celular . Además de la activación de estas vías por la fosforilación de la tirosina, también se han identificado varios mecanismos de regulación negativa de la respuesta a la estimulación de la insulina. [15]
La fosforilación de la proteína tirosina de las células endoteliales capilares desempeña un papel importante en su proliferación. Esta fosforilación puede formar nuevos vasos sanguíneos. [16]
Muchos estudios que demuestran altos niveles de proteína-tirosina quinasas y fosfatasas en el sistema nervioso central han sugerido que la fosforilación de tirosina también está involucrada en la regulación de los procesos neuronales. Altos niveles de proteína-tirosina quinasas y fosfatasas y sus sustratos en las sinapsis , tanto presinápticamente como postsinápticamente, sugieren que la fosforilación de tirosina puede regular la transmisión sináptica. El papel de la fosforilación de tirosina en la regulación de los canales iónicos controlados por ligando en el sistema nervioso central ha sido menos claro. Los principales receptores de neurotransmisores excitatorios en el sistema nervioso central son los receptores de glutamato . Estos receptores se pueden dividir en tres clases principales, receptores AMPA, kainato y NMDA, en función de sus agonistas selectivos y de sus propiedades fisiológicas. Estudios recientes han proporcionado evidencia de que los receptores NMDA están regulados por la fosforilación de tirosina. [17]
Las tirosina quinasas son mediadores críticos de la señalización intracelular y de las respuestas intracelulares a la señalización extracelular. Los cambios en la actividad de la tirosina quinasa están implicados en numerosas enfermedades humanas, incluyendo cánceres , diabetes e infectividad de patógenos. Comprender el mecanismo de la señalización negativa mediada por CD4 es de particular interés en vista de la disminución progresiva del subconjunto CD4+ de linfocitos T por el virus de inmunodeficiencia humana (VIH), que causa SIDA . Las células T de individuos infectados por VIH también muestran defectos de activación y experimentan apoptosis espontánea en cultivo. Las similitudes entre los efectos inhibidores de los anticuerpos anti-CD4 y los complejos inmunes gp 120 derivados del VIH en las células T sugieren que el secuestro de este y/u otros sustratos putativos por la ligadura de CD4 mediada por gp 120 en individuos infectados por VIH puede desempeñar un papel en la pérdida de células CD4+ y la inhibición de su activación.
En el linfoma difuso de células B grandes tipo célula B activada (ABC), JAK1 media la activación autocrina de las citocinas IL-6 e IL-10 a través de un mecanismo de regulación epigenética no canónico que implica la fosforilación de H3Y41P . [18]