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 intrínsecas de acetiltransferasa ; es capaz de agregar grupos acetilo tanto a los factores de transcripción como a las lisinas de las histonas, las últimas de las cuales se ha demostrado que alteran la estructura de la cromatina haciendo que los genes sean más accesibles para la transcripción . [7] [8] [9] [10] Esta actividad de acetiltransferasa relativamente única también se observa en otra enzima de transcripción, EP300 (p300). Juntos, se conocen como la familia de coactivadores p300-CBP y se sabe que se asocian con más de 16.000 genes en humanos; Sin embargo, aunque 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 sola ha sido implicada en una amplia variedad de patofisiologías incluyendo cáncer colorrectal así como 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 a través del mantenimiento de la homeostasis energética en respuesta a cambios en las condiciones de nutrición celular regulando la actividad de factores de transcripción y genes responsables de la lipogénesis y gluconeogénesis . [6] La CBP también está implicada en las etiologías de varias otras enfermedades incluyendo neoplasias hematológicas y otros tumores sólidos, diabetes , esquizofrenia , enfermedad de Alzheimer , depresión y muchas otras condiciones neurológicas. [14] [15] [16] [17] [18]
El CBP funcional tiene aproximadamente 7362 nucleótidos de longitud y codifica 2441 aminoácidos. [8] [18] El CBP no interactúa directamente con los elementos promotores; es llevado al sitio a través de interacciones proteína-proteína que son el resultado de sus diferentes dominios estructurales que forman complejos con otros coactivadores transcripcionales. [8]
La CBP tiene dos dominios de dedos de zinc (TAZ) adaptadores transicionales, 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 hidrofóbicos dentro de las secuencias de aminoácidos anfipáticas, y su afinidad de unión se ve reforzada por la interacción de los residuos ácidos con las cadenas laterales positivas. [19] Los factores que se unen a TAZ2 también se regulan potencialmente a través de la acetilación debido a su proximidad al dominio de la acetiltransferasa (KAT). [19]
Aunque hay tres dominios ricos en cisteína - histidina identificados dentro de CBP, solo los dominios 1 y 3 (CH1, CH3) han tenido sus funciones estructurales resueltas. [8] Una serie de 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 de 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 ocurra la coactivación transcripcional por CH1 o CH3. [8] La región CH2, ubicada en el medio de la proteína, en su dominio de acetiltransferasa, no contiene esta secuencia de consenso y no se ha demostrado de manera concluyente que se una a iones de zinc.
También conocido como dominio KIX , dominio de unión de CREB, dominio de interacción MYB
El dominio de interacción del dominio inducible por quinasa (KID) (KIX) 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. Consiste en tres hélices alfa y dos hélices 3 10 que tienen alta afinidad por las secuencias proteicas anfipáticas. [19] Curiosamente, estas hélices pueden plegarse en varios conformadores diferentes, lo que permite que el dominio mantenga un nivel de promiscuidad y al mismo tiempo ejerza un control regulador. [19] El dominio KIX controla la tasa de transcripción y se ha demostrado que es crítico para la diferenciación hematopoyética. [8] [19] [20] Se ha demostrado que algunas de las proteínas que se unen a este dominio se unen de forma competitiva, como CREB y Myb, mientras que otras se unen a través de la 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 levógiras conectadas por bucles que forman bolsillos de unión hidrofóbicos. [8] [19] El bromodominio de CBP se une a regiones del genoma 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 la acetiltransferasa de lisina (KAT) de 380 residuos proteicos es posiblemente uno de los componentes estructurales más importantes e identificativos de la CBP. Su actividad se regula a través de la fosforilación de la CBP. Lo interesante es que es capaz de acetilar no solo histonas sino también otras proteínas. Actualmente hay más de 100 sustratos conocidos para el dominio KAT de la CBP, incluidas proteínas como p53, E2F -1-3, GATA-1 , MyoD y CREB . [18] La capacidad de la CBP para acetilar p53 a través de su dominio KAT, que luego aumenta la afinidad de p53 por el bromodominio de la CBP, muestra un mecanismo interesante por el cual esta proteína única puede regular de manera egoísta la transcripción genética.
También conocido como dominio de unión al factor de respuesta al interferón (IBiD)
El dominio de unión del coactivador del receptor nuclear (NCBD) ubicado en el extremo c de CBP, en su estado no unido, fluctúa entre múltiples conformaciones. [19] La unión de una proteína diana 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 tiroideos y retinoides, su homólogo SRC-1 , p53 y SMAD . [20] [19]
Proteínas que han demostrado interactuar específicamente con CBP
Este gen se expresa de forma ubicua y está involucrado en la coactivación transcripcional de muchos factores de transcripción diferentes . CBP tiene dos mecanismos críticos por los cuales es capaz de regular la expresión génica: como una acetiltransferasa y como un andamiaje proteico que ayuda a reclutar y construir los complejos que son necesarios para la transcripción o la remodelación de la cromatina. La fosforilación de CBP aumenta su actividad de acetiltransferasa, un proceso que se supone que se regula 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 conduce a la regulación de la expresión génica, el crecimiento celular y la diferenciación, [28]
A menudo, en los artículos científicos (sobre todo 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 deberían confundirse.
Se ha informado que a pesar de tener sustratos de histonas comunes, cuando hay cantidades menores de histona o acetil-CoA disponibles, CBP y p300 tienen diferentes sustratos de acetiltransferasa preferidos. [18] En un experimento realizado con el herpesvirus asociado al sarcoma de Kaposi , se demostró que la proteína patológica (vIRF) era regulada positivamente por CBP y reprimida por p300. [12] Los estudios de knock out homocigoto de p300 en ratones fueron letales embrionarios, con neurulación inadecuada y 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 letales embrionariamente, sin embargo, estos ratones tuvieron una angiogénesis vascular deficiente y una hematopoyesis anormal caracterizada por la ausencia de proliferación de células progenitoras y un microambiente hematopoyético alterado. [18] El hecho de que tanto los knockouts homocigotos de CBP como de p300 fueran letales embrionariamente sugiere que estos factores juegan un papel crítico en la embriogénesis. Los fenotipos diferenciales de estos embriones también indican que CBP y p300 regulan diferentes aspectos del desarrollo embriológico.
Estudios realizados a finales de los años 1990 demostraron que la actividad máxima de la acetiltransferasa CBP 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 CBP incluyen MAP Kinase , PKA y CAMK4 . [7] [18] Se ha demostrado que Ser-133 es un residuo importante que es fosforilado por PKA para iniciar la actividad transcripcional de CBP. [30] [20]
La familia de factores de transcripción E2F es fundamental para llevar a una célula de la fase G1 a la fase S del ciclo celular. [31] Se unen a una secuencia de consenso en la región promotora de los 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 un aumento de la afinidad de unión de E2F al ADN. [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 la fase G1/S. [12]
También se cree que el CBP facilita el proceso de replicación del ADN durante la fase S al acetilar las histonas alrededor de los orígenes de replicación . [12] La acetilación de las histonas , específicamente los residuos de lisina en las histonas, debilita la interacción de la 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 la lisina 18 de la histona 3 (H3K18ac) y la acetilación de la lisina 27 de la histona 3 (H3K27ac). [12] También se ha demostrado que el CBP acetila dos endonucleasas ( FEN1 , DNA2 ) que están involucradas en el procesamiento de los fragmentos de Okazaki . [12]
Otro componente clave del ciclo celular que está regulado por CBP es el complejo promotor de anafase/ciclosoma (APC/C). Este complejo consta de numerosas subunidades que se agrupan en dos subdominios, el "Arco Lámpara" y la "Plataforma", y funciona como una ligasa de ubiquitina E3 que se dirige a los componentes relacionados con el ciclo celular, como la ciclina B , la securina y la PLK1 , para la degradación del proteasoma . [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, ubicada en el subdominio Arco Lámpara. [32] [33] Los experimentos realizados utilizando RNAi para suprimir por completo CBP y p300 mostraron aumentos significativos en las concentraciones de proteínas para aquellas a las que normalmente se dirige el APC/C, y provocaron que varias células se detuvieran 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 , incluyendo la reparación por escisión de bases , la reparación por escisión de nucleótidos y la unión de extremos no homólogos . [23] CBP y p300 juegan un papel en la acetilación de las proteínas de respuesta al daño del ADN y esta modificación postraduccional influye en su función. [23]
El síndrome de Rubinstein-Taybi (SRT) es un trastorno genético poco frecuente que es el resultado de mutaciones genéticas en CBP o p300. El SRT tipo 1, que es causado por mutaciones de CBP, para las que se han documentado más de 500 variaciones diferentes, representa aproximadamente el 55% de todos los casos, mientras que el SRT tipo 2, que es causado por cualquiera de los casi 120 tipos diferentes de mutaciones p300, representa solo el 8% de los casos diagnosticados. [34] Se ha demostrado que la mayoría de estas mutaciones causan pérdida de la función del gen a través de deleciones, mutaciones puntuales o truncadas. [12] Las estadísticas indican que los pacientes con SRT tienen un mayor riesgo de cáncer, con aproximadamente el 5% de ese riesgo atribuible a neoplasias malignas pediátricas originadas en la cresta neural. [12] Las personas con SRT con frecuencia tienen anomalías esqueléticas, defectos neuroanatómicos y discapacidades mentales que incluyen niveles más bajos de inteligencia, déficit de atención y alteración de la coordinación motora. [22]
Se ha demostrado que la CBP desempeña un papel en cada etapa del desarrollo tumoral. [8] Debido a su papel crítico en la regulación de la proliferación celular, el crecimiento, la migración y la apoptosis, se considera un oncogén o supresor tumoral. [5] Por el contrario, hasta la fecha, se ha implicado una mayor actividad de la CBP en una variedad de diferentes neoplasias malignas, incluyendo cáncer de mama , cáncer de pulmón , cáncer de próstata , cáncer colorrectal, leucemias agudas, 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 la CBP son mutaciones sin sentido (que representan ~71% de todas las mutaciones de la CBP). Las mutaciones más frecuentes ocurren en el dominio KAT, lo que resulta en gran medida en una actividad de la acetiltransferasa disminuida o inhibida. [12]
Los ratones embrionarios heterocigotos para CBP (Cbp +/- ) exhibieron " hematopoyesis extramedular , disminución de la celularidad de la médula ósea [una proporción menor de médula ósea a grasa] y anomalías de diferenciación hematopoyética". [18] A la edad de 1 año, estos ratones tenían una mayor incidencia de leucemia o neoplasia hematológica. [25] Curiosamente, la secuenciación tumoral mostró pérdida de heterocigosidad para el alelo de tipo salvaje . [18] Una explicación propuesta para estos resultados experimentales es que CBP desempeña un papel en la autorrenovación de células madre hematopoyéticas. [18]
En 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 dedo de zinc de leucemia de monocitos (MOZ), y/o entre 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 permanecen los dominios de acetiltransferasa de ambas proteínas, lo que resulta en una actividad de KAT regulada positivamente 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 del dominio KAT de CBP. [18]
Las mutaciones de CBP, aunque relativamente infrecuentes, se han identificado en el cáncer de pulmón . [21] Análisis posteriores también han revelado que durante las primeras etapas de la tumorigénesis del epitelio respiratorio, hay una mayor expresión de CBP, así como de 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 pulmonares. [21]
La gravedad de la enfermedad de cáncer colorrectal y 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 Wnt canónica . [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 inmunes y probabilidad de metástasis. [13] Los experimentos que estudian el uso de un inhibidor de molécula pequeña 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 la CBP interactúa con el AR y el ER tanto en contextos de coactivación como de acetiltransferasa. Se ha demostrado que la inhibición de la actividad de KAT de CBP disminuye la señalización del AR y el ER al regular negativamente la expresión del receptor; esto a su vez suprime la tumorogénesis de ambas neoplasias malignas. [11]
La homeostasis energética , que depende de un equilibrio de glucosa y lípidos , es esencial para la supervivencia del organismo. [6] Las enfermedades que implican una actividad metabólica deteriorada incluyen la obesidad , la diabetes tipo 2 (DT2) y la enfermedad del hígado graso no alcohólico (EHGNA). 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 de la síntesis de lípidos, el cuerpo necesita poder exportar la macromolécula fuera de las células y el almacenamiento. La proteína de transferencia de triglicéridos microsomales ( MTP ) es responsable del ensamblaje y secreción de lipoproteínas, y se asocia con una helicasa de ARN, DDX3, que interactúa con CBP provocando la acetilación de HNF4 , que a su vez aumenta la tasa de transcripción de MTP en un ciclo de retroalimentación positiva. [6]
La CBP también tiene un papel en la regulación de la homeostasis de la glucosa durante las condiciones de ayuno. La investigación también ha demostrado que el glucagón , una hormona liberada cuando el cuerpo tiene un nivel bajo de azúcar en sangre, activa la proteína de unión al elemento de respuesta al AMPc ( CREB ), que luego se une a la CBP como coactivador para la transcripción de FOXO1. [6] FOXO1 es un factor de transcripción para enzimas que incluyen la glucosa-6-fosfatasa y la fosfoenolpiruvato carboxiquinasa ( PECK1 ), que son necesarias para la gluconeogénesis.
Se ha demostrado que CREB tiene propiedades neuroprotectoras. [14] Debido a su asociación con CBP, comprender el papel de 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 los cambios en la función motora, de aprendizaje y de memoria en ratones con mutaciones de CBP. Los ratones knockout condicional (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] Para los ratones con mutaciones puntuales homocigotas en su dominio CBP KIX, demostraron un aprendizaje y ejecución de habilidades motoras deteriorados. [22] Junto con los desafíos neurológicos experimentados por los pacientes con RTS (niveles más bajos de inteligencia, déficit de atención), CBP es atribuible a una variedad de síntomas neurológicos característicos de muchos tipos diferentes de enfermedades.
Los trastornos del espectro alcohólico fetal (TEAF) son una clasificación de enfermedades que resultan de la exposición al alcohol durante el embarazo. [22] Los síntomas de estos trastornos incluyen un aprendizaje dependiente del cerebelo deficiente, coordinación motora y deterioro del equilibrio. [22] En ratas con TEAF, 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 fatal que es el resultado de una mutación genética en el gen Huntingtin que provoca la síntesis de una proteína huntingtina mutada (Htt). [22] Los síntomas más frecuentemente asociados con esta enfermedad son los trastornos del movimiento, incluyendo la función motora deteriorada, la modificación del comportamiento y el deterioro cognitivo que finalmente resulta en demencia. [35] Se ha observado en modelos animales que los sujetos con EH tenían una actividad disminuida de CBP 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 Htt mutante es capaz de degradar CBP, o inhibe directamente el dominio de acetiltransferasa de CBP. [22] [14]
La enfermedad de Alzheimer (EA) es una enfermedad neurodegenerativa progresiva cuya patología se diagnostica en función de 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 entienden claramente, hay una serie de mecanismos diferentes por los cuales se plantea la hipótesis de que la CBP desempeña un papel en la progresión de la EA. En muchos casos de EA familiar de inicio temprano (FAD), hay mutaciones de las proteínas que componen la enzima responsable de la creación de placas de Aβ. La actividad de la CBP disminuye en ausencia de estas proteínas ( presenilina 1 o presenilina 2 ). [16] [22] Además, en modelos de ratón de 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 ejerce la CBP sobre una amplia variedad de procesos fisiológicos, el desarrollo de inhibidores de la actividad de la CBP ha adquirido cada vez mayor importancia como posibles terapias. Hasta la fecha, solo una fracción de lo que se ha descubierto ha avanzado hasta la fase de ensayos clínicos.
{{cite book}}: |journal=ignorado ( ayuda )Este artículo incorpora texto de la Biblioteca Nacional de Medicina de los Estados Unidos , que se encuentra en el dominio público .