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Dominio similar a EGF

El dominio similar a EGF es un dominio proteico conservado evolutivamente , que deriva su nombre del factor de crecimiento epidérmico donde se describió por primera vez. Comprende alrededor de 30 a 40 residuos de aminoácidos y se ha encontrado en una gran cantidad de proteínas principalmente animales. [2] [3] La mayoría de las apariciones del dominio similar a EGF se encuentran en el dominio extracelular de proteínas unidas a la membrana o en proteínas que se sabe que se secretan . Una excepción a esto es la prostaglandina-endoperóxido sintasa . El dominio similar a EGF incluye 6 residuos de cisteína que en el factor de crecimiento epidérmico se ha demostrado que forman 3 enlaces disulfuro . Las estructuras de los dominios EGF de 4 disulfuro se han resuelto a partir de las proteínas laminina e integrina . La estructura principal de los dominios similares a EGF es una lámina β de dos cadenas seguida de un bucle a una lámina β corta de dos cadenas C-terminal. Estas dos láminas β suelen denominarse láminas mayor (N-terminal) y láminas menor (C-terminal). [4] Los dominios similares a EGF aparecen con frecuencia en numerosas copias en tándem en las proteínas: estas repeticiones normalmente se pliegan para formar un único bloque de dominio solenoide lineal como una unidad funcional.

Subtipos

A pesar de las similitudes de los dominios similares a EGF, se han identificado distintos subtipos de dominios. [5] Los dos principales tipos propuestos de dominios similares a EGF son el dominio similar a EGF humano (hEGF) y el dominio similar a C1r del complemento (cEGF), [4] que se identificó por primera vez en la proteasa del complemento humana C1r. [5] C1r es una serina proteasa altamente específica que inicia la vía clásica de activación del complemento durante la respuesta inmunitaria. [6] Tanto los dominios similares a hEGF como a cEGF contienen tres disulfuros y derivan de un ancestro común que portaba cuatro disulfuros de los cuales uno se perdió durante la evolución. Además, los dominios similares a cEGF se pueden dividir en dos subtipos (1 y 2), mientras que todos los dominios similares a hEGF pertenecen a un subtipo. [4]

La diferenciación de los dominios similares a cEGF y hEGF y sus subtipos se basa en características estructurales y la conectividad de sus enlaces disulfuro. Los dominios similares a cEGF y hEGF tienen una forma y orientación de la lámina menor distintas y una semicistina C-terminal tiene una posición diferente. Las cisteínas perdidas del ancestro común difieren entre los dominios similares a cEGF y hEGF y, por lo tanto, estos tipos difieren en sus enlaces disulfuro. La diferenciación de cEGF en subtipo 1 y 2, que probablemente ocurrió después de su separación de hEGF, se basa en diferentes números de residuos entre las distintas semicistinas. Se puede encontrar un motivo de unión al calcio ubicado en el extremo N-terminal en los dominios similares a hEGF y cEGF y, por lo tanto, no es adecuado para distinguirlos. [4]

Los dominios similares a hEGF y cEGF también contienen modificaciones postraduccionales , que a menudo son inusuales y difieren entre los dominios similares a hEGF y cEGF. Estas modificaciones postraduccionales incluyen O-glicosilaciones, principalmente modificaciones de O-fucosa, y β-hidroxilación de residuos de aspartato y asparagina. Las modificaciones de O-fucosa solo se han detectado en dominios similares a hEGF y son importantes para el plegamiento adecuado del dominio similar a hEGF. La β-hidroxilación aparece en los dominios similares a hEGF y cEGF, el primero se hidroxila en un ácido aspártico mientras que el segundo se hidroxila en un residuo de asparagina. El papel biológico de esta modificación postraduccional no está claro, [4] pero los ratones con un knock out de la enzima aspartil-β-hidroxilación muestran defectos de desarrollo. [7]

Las proteínas que contienen dominios similares a EGF están muy extendidas y pueden ser exclusivamente hEGF o cEGF, o contener una mezcla de ambos. En muchas proteínas mitogénicas y de desarrollo como Notch y Delta, los dominios similares a EGF son solo del tipo hEGF. Otras proteínas contienen solo cEGF, como la trombomodulina y el receptor LDL . En las proteínas EGF mixtas, los dominios hEGF y cEGF se agrupan juntos y los hEGF siempre son N-terminales de los cEGF. Estas proteínas están involucradas en la coagulación sanguínea o son componentes de la matriz extracelular como la fibrilina y LTBP-1 (proteína de unión al factor de crecimiento transformante latente beta 1). Además de los tres tipos de hEGF y cEGF similares a disulfuro mencionados anteriormente, existen proteínas que llevan un dominio similar a EGF de cuatro disulfuros como la laminina y la integrina. [4]

Los dos subtipos principales de dominios similares a EGF, hEGF y cEGF, no solo son distintos en su estructura y conformación, sino que también tienen diferentes funciones. Esta hipótesis está respaldada por la investigación sobre LTBP-1. LTBP-1 ancla el factor de crecimiento transformante β (TGF-β) a la matriz extracelular. Los dominios similares a hEGF desempeñan un papel en la orientación del ensamblaje LTBP-1/TGF-β a la matriz extracelular. Una vez unido a la matriz extracelular, el TGF-β se disocia de las subunidades de hEGF para permitir su posterior activación. Los dominios similares a cEGF parecen desempeñar un papel inespecífico en esta activación al promover la escisión de LTBP-1 de TGF-β por varias proteasas. [4]

En conclusión, aunque los distintos dominios similares a EGF se agrupan, los subtipos pueden separarse claramente por su secuencia, conformación y, lo más importante, su función.

Papel en el sistema inmunológico y la apoptosis

Las selectinas , un grupo de proteínas que intervienen en el desplazamiento de los leucocitos hacia una fuente de inflamación, contienen un dominio similar al EGF junto con un dominio de lectina y repeticiones de consenso cortas (SCR). [8] [9] Las funciones del dominio similar al EGF varían entre los diferentes tipos de selectina. Kansas y sus colaboradores pudieron demostrar que el dominio similar al EGF no es necesario para la adhesión celular máxima en la L-selectina (expresada en los linfocitos). Sin embargo, está involucrado tanto en el reconocimiento de ligandos como en la adhesión en la P-selectina (expresada en las plaquetas) y también puede estar involucrado en las interacciones proteína-proteína. Se ha sugerido que las interacciones entre los dominios de lectina y los ligandos de carbohidratos podrían depender del calcio. [8]

Las células dendríticas humanas inmaduras parecen requerir interacciones con los dominios similares a EGF de las selectinas durante su proceso de maduración. El bloqueo de esta interacción con anticuerpos monoclonales anti-dominio similar a EGF impide la maduración de las células dendríticas. Las células inmaduras no activan las células T y producen menos interleucina 12 que las células dendríticas de tipo salvaje. [10]

Phan et al. pudieron demostrar que la inserción artificial de un sitio de N-glicosilación en los dominios similares a EGF en las selectinas P y L aumentó las afinidades de las selectinas a sus ligandos y condujo a un rodamiento más lento. [9] Por lo tanto, los dominios similares a EGF parecen desempeñar un papel crucial en los movimientos de los leucocitos hacia los estímulos inflamatorios.

El dominio similar al EGF también forma parte de las lamininas, un grupo importante de proteínas extracelulares. Los dominios similares al EGF suelen estar enmascarados en membranas intactas, pero quedan expuestos cuando la membrana se destruye, por ejemplo durante la inflamación, lo que estimula el crecimiento de la membrana y restaura las partes dañadas de la misma. [11]

Además, se ha demostrado que las repeticiones del dominio similar a EGF del dominio de estabilina-2 reconocen y se unen específicamente a las células apoptóticas, probablemente al reconocer la fosfatidilserina , un marcador de células apoptóticas ("señal de cómeme"). [12] Park et al. demostraron además que los dominios pueden perjudicar competitivamente el reconocimiento de las células apoptóticas por parte de los macrófagos.

En conclusión, el dominio similar a EGF parece desempeñar un papel vital en las respuestas inmunes así como en la eliminación de células muertas en el organismo.

Unión del calcio

Los dominios similares a EGF que se unen al calcio (dominios similares a cbEGF) desempeñan un papel fundamental en enfermedades como el síndrome de Marfan [13] o el trastorno hemorrágico ligado al cromosoma X, la hemofilia B [14], y se encuentran entre los dominios de unión al calcio extracelular más abundantes. [15] Es importante destacar que los dominios similares a cbEGF imparten funciones específicas a una variedad de proteínas en la cascada de coagulación sanguínea. Algunos ejemplos incluyen los factores de coagulación VII , IX y X , la proteína C y su cofactor, la proteína S. [15]

Los dominios similares a EGF que se unen al calcio generalmente están compuestos por 45 aminoácidos, dispuestos como dos láminas beta antiparalelas. [15] Varios residuos de cisteína dentro de esta secuencia forman puentes disulfuro.

Los dominios similares a cbEGF no muestran desviaciones estructurales significativas de los dominios similares a EGF; sin embargo, como sugiere el nombre, los dominios similares a cbEGF se unen a un solo ion calcio . La afinidad de unión al calcio varía ampliamente y a menudo depende de los dominios adyacentes. [15] El motivo de consenso para la unión del calcio es Asp-Leu/Ile-Asp-Gln-Cys. La coordinación del calcio se correlaciona fuertemente con una modificación postraduccional inusual de los dominios similares a cbEGF: una asparagina o un aspartato se beta-hidroxilan dando lugar a eritro-beta-hidroxiasparagina (Hyn) o ácido eritro-beta-hidroxiaspártico (Hya), respectivamente. Hya se puede encontrar en el módulo cbEGF N-terminal (ver a continuación) de los factores IX, X y proteína C. La modificación Hyn parece ser más frecuente que Hya y se ha demostrado que ocurre en la fibrilina-1, una proteína de la matriz extracelular. [16] Ambas modificaciones son catalizadas por la dioxigenasa Asp/Asn-beta-hidroxilasa, [17] y son exclusivas de los dominios EGF en eucariotas. [15]

Se han descrito otras modificaciones postraduccionales. La glicosilación en forma de di- o trisacáridos unidos a O puede ocurrir en un residuo de serina entre las dos primeras cisteínas de los factores de coagulación sanguínea VII y IX. [18] [19] [20] El factor VII exhibe una fucosa unida a O en Ser60. [20]

Los dominios múltiples de cbEGF suelen estar conectados por uno o dos aminoácidos para formar conjuntos repetitivos más grandes, aquí denominados "módulos de cbEGF". En la cascada de coagulación sanguínea, los factores de coagulación VII, IX y X y la proteína C contienen un tándem de dos módulos de cbEGF, mientras que la proteína S tiene cuatro. Impresionantemente, en la fibrilina-1 y la fibrilina-2, se han encontrado 43 módulos de cbEGF. [21] La modularidad de estas proteínas agrega complejidad a la interacción proteína-proteína pero también módulo-módulo. En los factores VII, IX y X, los dos módulos de cbEGF están precedidos por un módulo que contiene ácido gamma-carboxiglutámico (Gla) N-terminal (el módulo Gla ). [15] Los estudios in vitro sobre el tándem Gla-cbEGF aislado del factor X revelaron un valor de K d de 0,1 mM para la unión de calcio [18] con concentraciones plasmáticas de calcio libre de aproximadamente 1,2 mM. Sorprendentemente, en ausencia del módulo Gla, el módulo cbEGF exhibe un valor K d de 2,2 mM para el calcio. [17] Por lo tanto, la presencia del módulo Gla aumenta la afinidad por el calcio 20 veces. De manera similar, la actividad de los módulos Gla y serina proteasa son modificados por los módulos cbEGF. En ausencia de calcio, los módulos Gla y cbEGF son altamente móviles. Sin embargo, como el módulo cbEGF se asocia con calcio, el movimiento del módulo Gla se restringe significativamente porque el módulo cbEGF ahora adopta una conformación que bloquea el módulo Gla vecino en una posición fija. [22] [23] Por lo tanto, la coordinación del calcio induce cambios conformacionales que, a su vez, podrían modular la actividad enzimática.

La coordinación deficiente del calcio puede dar lugar a trastornos graves. La unión defectuosa del calcio al factor de coagulación IX contribuye al desarrollo de la hemofilia B. Las personas con esta enfermedad hereditaria tienden a desarrollar hemorragias, lo que puede dar lugar a afecciones potencialmente mortales. La causa de la hemofilia B es la disminución de la actividad o la deficiencia del factor de coagulación sanguínea IX. Se cree que las mutaciones puntuales que dan lugar a una disminución de la afinidad del factor IX por el calcio están implicadas en este trastorno hemorrágico. [15] Desde una base molecular, parece que la hemofilia B puede ser el resultado de una capacidad deficiente para localizar el módulo Gla de manera eficiente, como suele ocurrir después de la coordinación del calcio por el módulo cbEGF en el factor IX completamente funcional. [15] Se cree que este defecto altera la función biológica del factor IX. Un problema similar ocurre en pacientes con hemofilia B y portadores de una mutación (Glu78Lys) en el factor IX que impide la interacción de los dos módulos cbEGF entre sí. [15] Por el contrario, en individuos sanos, Glu78 en el primer módulo cbEGF contacta con Arg94 en el segundo módulo cbEGF y de ese modo alinea ambos módulos. [24] Por lo tanto, las interacciones dominio-dominio (parcialmente facilitadas por la coordinación del calcio) son cruciales para la actividad catalítica de las proteínas involucradas en la cascada de coagulación sanguínea.

Proteínas que contienen este dominio

A continuación se muestra una lista de proteínas humanas que contienen el dominio similar a EGF:

Véase también

Referencias

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