La proteína de unión a CREB , también conocida como CREBBP o CBP o KAT3A , (donde CREB es proteína de unión al elemento de respuesta a AMPc) es un coactivador codificado por el gen CREBBP en humanos, ubicado en el cromosoma 16p13.3. [5] [6] La CBP tiene funciones acetiltransferasas intrínsecas; es capaz de agregar grupos acetilo tanto a los factores de transcripción como a las histonas lisinas, la última de las cuales se ha demostrado que altera la estructura de la cromatina haciendo que los genes sean más accesibles para la transcripción . [7] [8] [9] [10] Esta actividad acetiltransferasa relativamente única también se observa en otra enzima de transcripción, EP300 (p300). Juntos, se les conoce como la familia de coactivadores p300-CBP y se sabe que se asocian con más de 16.000 genes en humanos; sin embargo, si bien estas proteínas comparten muchas características estructurales, la evidencia emergente sugiere que estos dos coactivadores pueden promover la transcripción de genes con diferentes funciones biológicas. [7] [11] [12]
Por ejemplo, la CBP por sí sola se ha implicado en una amplia variedad de fisiopatologías, incluido el cáncer colorrectal y el carcinoma de células escamosas de cabeza y cuello . En estas enfermedades, se ha demostrado que la asociación de CBP con β-catenina promueve la proliferación de células cancerosas y la agresividad de la enfermedad, mientras que p300/β-catenina conduce a la diferenciación celular y/o apoptosis . [11] [13] También se ha demostrado que la CBP ayuda a modular la función hepática mediante el mantenimiento de la homeostasis energética en respuesta a cambios en las condiciones de nutrición celular al regular la actividad de los factores de transcripción y los genes responsables de la lipogénesis y la gluconeogénesis . [6] La CBP también está implicada en las etiologías de varias otras enfermedades, incluidas las neoplasias malignas hematológicas y otros tumores sólidos, la diabetes , la esquizofrenia , la enfermedad de Alzheimer , la depresión y muchas otras afecciones neurológicas. [14] [15] [16] [17] [18]
La CBP funcional tiene aproximadamente 7362 nucleótidos de longitud y codifica 2441 aminoácidos. [8] [18] CBP no interactúa directamente con los elementos promotores; llega al sitio a través de interacciones proteína-proteína que son el resultado de la complejación de sus diferentes dominios estructurales con otros coactivadores transcripcionales. [8]
CBP tiene dos dominios de dedos de zinc adaptadores de transición (TAZ), cada uno de los cuales consta de cuatro hélices alfa estabilizadas por iones de zinc. Tanto el dominio TAZ1 como el TAZ2 favorecen los residuos hidrófobos dentro de secuencias de aminoácidos anfipáticos, y su afinidad de unión se ve reforzada por la interacción de residuos ácidos con cadenas laterales positivas. [19] Los factores que se unen a TAZ2 también están potencialmente regulados mediante acetilación debido a su proximidad al dominio acetiltransferasa (KAT). [19]
Aunque hay tres dominios ricos en cisteína e histidina identificados dentro de CBP, solo se han resuelto las funciones estructurales de los dominios 1 y 3 (CH1, CH3). [8] Varios factores que se asocian con CBP se unen al dominio CH1 o CH3, o a ambos, a pesar de sus ubicaciones en extremos opuestos de la proteína. Hasta la fecha, se sabe poco sobre la interacción entre estos dos dominios. Se ha demostrado que la estructura primaria de CH1 y CH3 se descompone en secuencias consenso que son capaces de quelar iones de zinc (Zn 2+ ). [8] Los experimentos realizados también mostraron que los residuos en estas secuencias son obligatorios para que se produzca la coactivación transcripcional por CH1 o CH3. [8] La región CH2, ubicada en el medio de la proteína, en su dominio acetiltransferasa, no contiene esta secuencia consenso y no se ha demostrado de manera concluyente que se una a iones de zinc.
También conocido como dominio KIX , dominio de unión CREB, dominio de interacción MYB
El dominio de interacción (KIX) del dominio inducible por quinasa (KID) también es el dominio proteico en CBP y p300 donde se forman heterodímeros a partir de la interacción de CBP (o p300) con otros factores de transcripción y coactivadores. Consta de tres hélices alfa y dos 3 10 que tienen alta afinidad por secuencias de proteínas anfipáticas. [19] Curiosamente, estas hélices pueden plegarse en varios conformadores diferentes, lo que permite al dominio mantener un nivel de promiscuidad y al mismo tiempo ejercer control regulatorio. [19] El dominio KIX controla la tasa de transcripción y se ha demostrado que es fundamental para la diferenciación hematopoyética. [8] [19] [20] Se ha demostrado que algunas de las proteínas que se unen a este dominio se unen de manera competitiva, como CREB y Myb, mientras que otras se unen mediante cooperación alostérica, como en el caso de MLL y Myb . [19]
Los bromodominios (BRD) constan de aproximadamente 110 aminoácidos, que funcionan para reconocer moléculas de lisina acetilada. [8] Consisten en cuatro hélices alfa zurdas conectadas por bucles que forman bolsas de unión hidrofóbicas. [8] [19] El bromodominio de CBP se une a regiones del genoma que son ricas en residuos de lisina acetilada, lo que significa que han perdido su carga positiva, lo que disminuye la afinidad de las histonas por el ADN, lo que hace que la región sea más abierta y accesible para la transcripción. Se ha demostrado que p53 y STAT3 acetilados se unen al bromodominio de CBP. [18]
El dominio de lisina acetiltransferasa (KAT) de 380 residuos de proteína es posiblemente uno de los componentes estructurales más importantes e identificativos de CBP. Su actividad está regulada mediante la fosforilación de CBP. Lo interesante es que es capaz de acetilar no sólo histonas sino también otras proteínas. Actualmente existen más de 100 sustratos conocidos para el dominio KAT de CBP, incluidas proteínas como p53, E2F -1-3, GATA-1 , MyoD y CREB . [18] La capacidad de CBP para acetilar p53 a través de su dominio KAT, lo que luego aumenta la afinidad de p53 por el bromodominio de CBP muestra un mecanismo interesante mediante el cual esta proteína única puede regular de manera interesada la transcripción genética.
También conocido como dominio de unión al factor de respuesta al interferón (IBiD)
El dominio de unión al coactivador del receptor nuclear (NCBD) ubicado en el extremo c de CBP, en su estado libre, fluctúa entre múltiples conformaciones. [19] La unión de una proteína objetivo a NCBD hará que se pliegue en tres hélices que funcionan específicamente para asociarse con los dominios desordenados de sus socios de unión. [19] Entre las proteínas que se sabe que se unen a esta región se incluyen ACTR (p160), un coactivador de los receptores de tiroides y retinoides, su homólogo SRC-1 , p53 y SMAD . [20] [19]
Se ha demostrado que las proteínas interactúan específicamente con CBP
Este gen se expresa de forma ubicua y participa en la coactivación transcripcional de muchos factores de transcripción diferentes . La CBP tiene dos mecanismos críticos mediante los cuales puede regular la expresión génica: como acetiltransferasa y como armazón proteico que ayuda a reclutar y construir los complejos necesarios para la transcripción o la remodelación de la cromatina. La fosforilación de CBP aumenta su actividad acetiltransferasa, un proceso que se supone que está regulado de manera dependiente del ciclo celular. [18] Resultados recientes sugieren que la nueva actividad de N- glicosilación postraduccional mediada por CBP altera la conformación de las proteínas que interactúan con CBP, lo que lleva a la regulación de la expresión genética, el crecimiento y la diferenciación celular, [28]
A menudo, en artículos científicos (especialmente en los menos recientes), CBP y p300 se utilizan indistintamente como CBP/p300. Se trata de una fusión razonable dada la homología de secuencia, la similitud estructural y los comportamientos de unión de estas dos proteínas. Sin embargo, las investigaciones en curso muestran que CBP y p300 mantienen funciones biológicas distintas y, por lo tanto, no deben combinarse.
Se ha informado que a pesar de tener sustratos de histonas comunes, cuando hay menores cantidades de histona o acetil-CoA disponibles, CBP y p300 tienen sustratos de acetiltransferasa diferentes y preferidos. [18] En un experimento realizado con el herpesvirus asociado al sarcoma de Kaposi , se demostró que la proteína patológica (vIRF) estaba regulada positivamente por CBP y reprimida por p300. [12] Los estudios de eliminación homocigótica de p300 en ratones fueron letales para el embrión, con una neurulación inadecuada y un desarrollo cardíaco deficiente durante su supervivencia limitada. Además, los fibroblastos aislados de estos ratones no pudieron proliferar adecuadamente y carecían del receptor de ácido retinoico . [7] [18] Los ratones transgénicamente alterados homocigotos para copias mutadas de CBP (sin el dominio KAT), también fueron embrionariamente letales; sin embargo, estos ratones tenían una angiogénesis vascular deficiente y una hematopoyesis anormal caracterizada por la ausencia de proliferación de células progenitoras y una alteración microambiente hematopoyético. [18] El hecho de que tanto los knockouts homocigotos de CBP como de p300 fueran letales para el embrión sugiere que estos factores desempeñan un papel crítico en la embriogénesis. Los fenotipos diferenciales de estos embriones también indican que CBP y p300 regulan diferentes aspectos del desarrollo embriológico.
Los estudios realizados a finales de la década de 1990 demostraron que la actividad máxima de la CBP acetiltransferasa se produce en la transición entre la fase G1/S del punto de control del ciclo celular . [29] Dadas las concentraciones de CDK2 presentes en la célula en esta etapa del ciclo celular, se planteó la hipótesis de que CDK2 puede ser un regulador clave de estas modificaciones postraduccionales. [7] Resultó que la administración de inhibidores de ciclina E/CDK2 de hecho inhibió la actividad enzimática del dominio KAT de CBP. [29] Otras proteínas que se ha demostrado que fosforilan la CBP incluyen MAP quinasa , PKA y CAMK4 . [7] [18] Se ha demostrado que Ser-133 es un residuo importante que la PKA fosforila para iniciar la actividad transcripcional de CBP. [30] [20]
La familia E2F de factores de transcripción es fundamental para llevar una célula de la fase G1 a la fase S del ciclo celular. [31] Se unen a una secuencia consenso en la región promotora de genes implicados en la replicación del ADN. Se ha demostrado que CBP (y p300) interactúan con las proteínas E2F como coactivador y como acetiltransferasa, la última de las cuales provoca una mayor afinidad de unión al ADN de E2F. [5] [12] Un estudio knockout publicado en 2000, que utilizó una microinyección de un anticuerpo contra CBP/p300, disminuyó significativamente el número de células capaces de progresar a la fase S, lo que respalda aún más la idea de que CBP es esencial en la transcripción. de factores necesarios para la transición de fase G1/S. [12]
También se cree que la CBP facilita el proceso de replicación del ADN durante la fase S al acetilar histonas alrededor de los orígenes de replicación . [12] La acetilación de histonas , específicamente residuos de lisina en las histonas, debilita la interacción de carga eléctrica entre la histona y el ADN, lo que hace que esta área se vuelva más abierta y accesible para la maquinaria necesaria para la replicación del ADN. Dos marcadores de acetilación de histonas que se han asociado con regiones activas incluyen la acetilación de histona 3 lisina 18 (H3K18ac) y la acetilación de histona 3 lisina 27 (H3K27ac). [12] También se ha demostrado que CBP acetila dos endonucleasas ( FEN1 , DNA2 ) que participan en el procesamiento de fragmentos de Okazaki . [12]
Otro componente clave del ciclo celular que está regulado por CBP es el complejo/ciclosoma promotor de la anafase (APC/C). Este complejo consta de numerosas subunidades que se agrupan en dos subdominios, la "Lámpara de Arco" y la "Plataforma", y funciona como una ubiquitina ligasa E3 que se dirige a componentes relacionados con el ciclo celular como la ciclina B , la securina y PLK1 para el proteosoma. degradación. [32] [33] Se ha demostrado que dos subunidades del APC/C interactúan directamente con CBP: AP5, que se encuentra en el subdominio Plataforma, y AP7, ubicado en el subdominio Arc Lamp. [32] [33] Los experimentos realizados utilizando ARNi para suprimir completamente CBP y p300 mostraron aumentos significativos en las concentraciones de proteínas para aquellas que normalmente son objetivo de APC/C, y provocaron que varias células quedaran detenidas en la fase mitótica del ciclo celular. [33]
Se ha demostrado que CBP y p300 acetilan factores clave involucrados en diferentes procesos de reparación del ADN , incluida la reparación por escisión de bases , la reparación por escisión de nucleótidos y la unión de extremos no homólogos . [23] CBP y p300 desempeñan un papel en la acetilación de proteínas de respuesta al daño del ADN y esta modificación postraduccional influye en su función. [23]
El síndrome de Rubinstein-Taybi (RTS) es un trastorno genético poco común que es el resultado de mutaciones genéticas en CBP o p300. El RTS tipo 1, causado por mutaciones de CBP, para las cuales se han documentado más de 500 variaciones diferentes, representa aproximadamente el 55% de todos los casos, mientras que el RTS tipo 2, que es causado por cualquiera de los casi 120 tipos diferentes de mutaciones de p300, Representa sólo el 8% de los casos diagnosticados. [34] Se ha demostrado que la mayoría de estas mutaciones causan pérdida de función del gen mediante deleciones, mutaciones puntuales o truncadas. [12] Las estadísticas indican que los pacientes con RTS tienen un mayor riesgo de cáncer, y aproximadamente el 5% de ese porcentaje es atribuible a neoplasias malignas pediátricas que se originan en la cresta neural. [12] Las personas con SRT con frecuencia tienen anomalías esqueléticas, defectos neuroanatómicos y deficiencias mentales, incluidos niveles más bajos de inteligencia, déficit de atención y coordinación motora deteriorada. [22]
Se ha demostrado que la CBP desempeña un papel en cada etapa del desarrollo del tumor. [8] Debido a su papel fundamental en la regulación de la proliferación, el crecimiento, la migración y la apoptosis celular, se considera un oncogén o supresor de tumores. [5] Por el contrario, hasta la fecha, el aumento de la actividad de la CBP se ha implicado en una variedad de diferentes tumores malignos, incluidos el cáncer de mama , el cáncer de pulmón , el cáncer de próstata , el cáncer colorrectal, las leucemias agudas, el cáncer de cabeza y cuello y muchos otros. [8] [11] [18] [12] Según el Catálogo de mutaciones somáticas en cáncer (COSMIC), las mutaciones genéticas más comunes en CBP son mutaciones sin sentido (que representan ~71 % de todas las mutaciones de CBP). Las mutaciones más frecuentes ocurren en el dominio KAT, lo que resulta en gran medida en una actividad acetiltransferasa disminuida o inhibida. [12]
Los ratones embrionarios heterocigotos para CBP (Cbp +/- ) exhibieron " hematopoyesis extramedular , disminución de la celularidad de la médula ósea [una menor proporción de médula ósea a grasa] y anomalías en la diferenciación hematopoyética". [18] Al año de edad, estos ratones tenían una mayor incidencia de leucemia o neoplasia hematológica. [25] Curiosamente, la secuenciación del tumor mostró pérdida de heterocigosidad para el alelo de tipo salvaje . [18] Una explicación propuesta para estos resultados experimentales es que la CBP desempeña un papel en la autorrenovación de las células madre hematopoyéticas. [18]
En los casos de pacientes diagnosticados con leucemia mieloide aguda (LMA) y síndrome mielodisplásico , se ha demostrado que la CBP gana función. [12] Esto ocurre a través de translocaciones cromosómicas entre CBP y otra acetiltransferasa llamada monocitos leucemia dedo de zinc (MOZ), o entre los genes MORF (factor relacionado con MOZ) y MLL (leucemia de linaje mixto). [12] Ambos casos dan como resultado proteínas fusionadas en las que se pierde el extremo C de CBP y los dominios de acetiltransferasa de ambas proteínas permanecen, lo que resulta en una actividad KAT regulada al alza y la aparición de la enfermedad. [12]
En el caso de los pacientes con un caso recurrente de leucemia linfoblástica aguda (LLA), se informó que aproximadamente el 18 % de ellos tenían mutaciones en el dominio KAT de CBP. [18]
Se han identificado mutaciones de CBP, aunque relativamente poco frecuentes, en el cáncer de pulmón . [21] Análisis adicionales también han revelado que durante las primeras etapas de la tumorigénesis del epitelio respiratorio, hay una mayor expresión en CBP, así como en AP-1 y ciclina D1, factores que se sabe que están asociados con la actividad transcripcional de CBP. Esta sobreexpresión puede conducir a eventos de señalización posteriores que favorecen el desarrollo de tumores de pulmón. [21]
La gravedad de la enfermedad del cáncer colorrectal y del cáncer de cabeza y cuello (HNSCC) se ha relacionado con la asociación de CBP con β-catenina, un factor crítico involucrado en la vía de señalización canónica Wnt . [11] [13] La asociación de CBP con β-catenina conduce a la transcripción de genes responsables de rasgos de cáncer más agresivos, incluida la presencia de poblaciones de células madre cancerosas, disminución de la infiltración de células inmunitarias y probabilidad de metástasis. [13] Los experimentos que estudian el uso de una molécula pequeña inhibidora de la asociación β-catenina/CBP (ICG-001), que no bloquea la asociación p300/β-catenina, observaron una disminución de la carcinogénesis y un aumento de la diferenciación celular y la apoptosis. [11] [13]
El aumento de la señalización de las hormonas nucleares, mediada por los receptores de andrógenos (AR) y estrógenos (ER), es responsable de varios casos de cáncer de próstata y de mama , respectivamente. [11] Se sabe que CBP interactúa con AR y ER tanto en contextos de coactivador como de acetiltransferasa. Se ha demostrado que la inhibición de la actividad de CBP KAT disminuye la señalización de AR y ER al regular negativamente la expresión del receptor; esto a su vez suprime la tumorigénesis de ambas neoplasias malignas. [11]
La homeostasis energética , que depende del equilibrio de glucosa y lípidos , es esencial para la supervivencia del organismo. [6] Las enfermedades que implican una actividad metabólica alterada incluyen la obesidad , la diabetes tipo 2 (DT2) y la enfermedad del hígado graso no alcohólico (NAFLD). En el contexto del equilibrio, la sobrenutrición promueve la lipogénesis (síntesis de lípidos) en respuesta al aumento de las concentraciones de glucosa e insulina, y el ayuno promueve la β-oxidación (descomposición de lípidos) y la gluconeogénesis (síntesis de glucosa). [6] Los experimentos realizados en ratones obesos inducidos por la dieta observaron un aumento de la lipogénesis impulsada por la sobreexpresión de la proteína de unión al elemento regulador de esteroles 1C ( SREBP1C ), que funciona en coordinación con la proteína de unión al elemento sensible a los carbohidratos ( ChREBP ). Ambos son factores de transcripción críticos para la lipogénesis y ambos son acetilados por CBP, una modificación postraduccional que aumenta su actividad transcripcional. [6] Para equilibrar el aumento en la síntesis de lípidos, el cuerpo necesita poder exportar la macromolécula fuera de las células y almacenarla. La proteína microsomal de transferencia de triglicéridos ( MTP ) es responsable del ensamblaje y la secreción de lipoproteínas, y se asocia con una ARN helicasa, DDX3, que interactúa con CBP provocando la acetilación de HNF4 , lo que a su vez aumenta la tasa de transcripción de MTP en un circuito de retroalimentación positiva. [6]
La CBP también desempeña un papel en la regulación de la homeostasis de la glucosa durante el ayuno. La investigación también ha demostrado que el glucagón , una hormona liberada cuando el cuerpo tiene un nivel bajo de azúcar en la sangre, activa la proteína de unión al elemento de respuesta al AMPc ( CREB ), que luego se une a la CBP como coactivador de la transcripción de FOXO1. [6] FOXO1 es un factor de transcripción para enzimas que incluyen glucosa-6-fosfatasa y fosfoenolpiruvato carboxiquinasa ( PECK1 ), que son necesarias para la gluconeogénesis.
Se ha demostrado que CREB tiene propiedades neuroprotectoras. [14] Debido a su asociación con la CBP, comprender el papel de la CBP en las vías neurológicas y cómo las aberraciones influyen en la enfermedad se está volviendo de creciente interés. Se han diseñado numerosos modelos animales para evaluar cambios en la función motora, de aprendizaje y de memoria en ratones con mutaciones en CBP. Los ratones knockout condicionales (cKO) que eran hemicigotos para CBP o tenían mutaciones puntuales de CBP exhibieron defectos de memoria, específicamente relacionados con la memoria a largo plazo . [22] En ratones con mutaciones puntuales homocigotas en su dominio CBP KIX, demostraron problemas de aprendizaje y ejecución de habilidades motoras. [22] Junto con los desafíos neurológicos que experimentan los pacientes con SRT (niveles más bajos de inteligencia, déficit de atención), la PBC es atribuible a una variedad de síntomas neurológicos característicos de muchos tipos diferentes de enfermedades.
Los trastornos del espectro alcohólico fetal (FASD) son una clasificación de enfermedades que resultan de la exposición al alcohol durante el embarazo. [22] Los síntomas de estos trastornos incluyen un aprendizaje deficiente dependiente del cerebelo, coordinación motora y problemas de equilibrio. [22] En ratas con FASD, se demostró que tenían concentraciones reducidas de CBP y cantidades más bajas de acetilación de H3 y H4. [22]
La enfermedad de Huntington (EH) es un trastorno neurodegenerativo progresivo y mortal que es el resultado de una mutación genética en el gen de la Huntingtina que provoca la síntesis de una proteína Huntingtina (Htt) mutada. [22] Los síntomas más frecuentemente asociados con esta enfermedad son los trastornos del movimiento, incluida la función motora deteriorada, la modificación del comportamiento y el deterioro cognitivo que en última instancia resulta en demencia. [35] Se ha observado en modelos animales que los sujetos con EH tenían una actividad de CBP disminuida y una acetilación de histonas neuronales disminuida. [22] La investigación ha demostrado que mutHtt interactúa directamente con CBP. Se ha planteado la hipótesis de que el Htt mutante es capaz de degradar CBP o inhibe directamente el dominio acetiltransferasa de CBP. [22] [14]
La enfermedad de Alzheimer (EA) es una enfermedad neurodegenerativa progresiva cuya patología se diagnostica en base a la presencia de placas neuríticas de beta amiloide (Aβ) y ovillos neurofibrilares de tau (τ). [22] Debido a que las causas exactas de la enfermedad no se comprenden claramente, existen varios mecanismos diferentes por los cuales se supone que la CBP desempeña un papel en la progresión de la EA. En muchos casos de EA familiar de aparición temprana (DAP), existen mutaciones de las proteínas que forman la enzima responsable de la creación de placas de Aβ. La actividad de CBP disminuye en ausencia de estas proteínas ( presenilina 1 o presenilina 2 ). [16] [22] Además, en modelos de ratón con EA, se ha demostrado que hay una disminución en la acetilación de histonas neuronales, una función crítica de la CBP. [22]
Dado el control que tiene la CBP sobre una amplia variedad de procesos fisiológicos, el desarrollo de inhibidores de la actividad de la CBP se ha vuelto cada vez más importante como terapias potenciales. Hasta la fecha, sólo una fracción de lo que se ha descubierto ha llegado a los ensayos clínicos.
{{cite book}}: |journal=ignorado ( ayuda )Este artículo incorpora texto de la Biblioteca Nacional de Medicina de Estados Unidos , que se encuentra en el dominio público .