La proteína quinasa B ( PKB ), también conocida como Akt , es el nombre colectivo de un conjunto de tres proteínas quinasas específicas de serina/treonina que desempeñan funciones clave en múltiples procesos celulares como el metabolismo de la glucosa , la apoptosis , la proliferación celular , la transcripción y la migración celular .
Existen tres genes diferentes que codifican isoformas de la proteína quinasa B. Estos tres genes se denominan AKT1 , AKT2 y AKT3 y codifican las proteínas quinasas de serina/treonina RAC alfa, beta y gamma respectivamente. Los términos PKB y Akt pueden referirse a los productos de los tres genes en conjunto, pero a veces se utilizan para referirse a PKB alfa y Akt1 por separado. [ cita requerida ]
Akt1 está involucrado en las vías de supervivencia celular, inhibiendo los procesos apoptóticos . Akt1 también es capaz de inducir vías de síntesis de proteínas y, por lo tanto, es una proteína de señalización clave en las vías celulares que conducen a la hipertrofia del músculo esquelético y al crecimiento general del tejido. Un modelo de ratón con eliminación completa del gen Akt1 manifiesta retraso del crecimiento y aumento de la apoptosis espontánea en tejidos como los testículos y el timo. [3] Dado que puede bloquear la apoptosis y, por lo tanto, promover la supervivencia celular, Akt1 se ha implicado como un factor importante en muchos tipos de cáncer. [4] Akt1 también es un regulador positivo de la migración celular. [5] Akt1 se identificó originalmente como el oncogén en el retrovirus transformante , AKT8. [6]
Akt2 es una molécula de señalización importante en la vía de señalización de la insulina . Es necesaria para inducir el transporte de glucosa. En un ratón que carece de Akt1 pero tiene Akt2 normal, la homeostasis de la glucosa no se altera, pero los animales son más pequeños, lo que es coherente con el papel de Akt1 en el crecimiento. Por el contrario, los ratones que no tienen Akt2, pero tienen Akt1 normal, tienen una deficiencia de crecimiento leve y muestran un fenotipo diabético ( resistencia a la insulina ), lo que también es coherente con la idea de que Akt2 es más específico para la vía de señalización del receptor de insulina . [7] Akt2 también promueve la migración celular. [5] El papel de Akt3 es menos claro, aunque parece expresarse predominantemente en el cerebro. Se ha informado de que los ratones que carecen de Akt3 tienen cerebros pequeños. [8]
Las isoformas de Akt se sobreexpresan en una variedad de tumores humanos y, a nivel genómico, se amplifican en adenocarcinomas gástricos (Akt1), cánceres de ovario (Akt2), cáncer de páncreas (Akt2) y cáncer de mama (Akt2). [9] [10]
El nombre Akt no hace referencia a su función. La "Ak" en Akt se refiere a la cepa de ratón AKR que desarrolla linfomas tímicos espontáneos. La "t" significa " timoma "; la letra se añadió cuando se aisló un retrovirus transformante de la cepa de ratón Ak, que se denominó "Akt-8". Los autores afirman: "Ratón AKR de la cepa k criado originalmente en el laboratorio del Dr. CP Rhoads por KB Rhoads en el Instituto Rockefeller". Cuando se descubrió el oncogén codificado en este virus, se lo denominó v-Akt. Por lo tanto, los análogos humanos identificados más recientemente recibieron el nombre correspondiente. [11]
Akt1 está involucrado en la vía PI3K/AKT/mTOR y otras vías de señalización. [5]
Las proteínas Akt poseen un dominio proteico conocido como dominio PH, o dominio de homología de pleckstrina , llamado así por la pleckstrina , la proteína en la que se descubrió por primera vez. Este dominio se une a los fosfoinosítidos con alta afinidad. En el caso del dominio PH de las proteínas Akt, se une a PIP 3 ( fosfatidilinositol (3,4,5)-trifosfato , PtdIns(3,4,5) P 3 ) o PIP 2 ( fosfatidilinositol (3,4)-bisfosfato , PtdIns(3,4) P 2 ). [12] Esto es útil para el control de la señalización celular porque el fosfoinosítido difosforilado PIP 2 solo es fosforilado por la familia de enzimas, PI 3-quinasas ( fosfoinosítido 3-quinasa o PI3-K), y solo tras la recepción de mensajeros químicos que le indican a la célula que comience el proceso de crecimiento. Por ejemplo, las PI 3-quinasas pueden ser activadas por un receptor acoplado a proteína G o un receptor tirosina quinasa como el receptor de insulina . Una vez activada, la PI 3-quinasa fosforila PIP 2 para formar PIP 3 .
Una vez posicionada correctamente en la membrana a través de la unión de PIP3 , Akt puede ser fosforilada por sus quinasas activadoras, la quinasa dependiente de fosfoinosítido-1 ( PDPK1 en treonina 308 en Akt1 y treonina 309 en Akt2) y el complejo 2 de la diana mamífera de la rapamicina ( mTORC2 en serina 473 (Akt1) y 474 (Akt2)) que se encuentra en altos niveles en el estado de alimentación, [13] [14] primero por mTORC2. Por lo tanto, mTORC2 actúa funcionalmente como la molécula PDK2 buscada durante mucho tiempo, aunque otras moléculas, incluyendo la quinasa ligada a integrina (ILK) y la proteína quinasa activada por mitógeno-proteína quinasa-2 activada ( MAPKAPK2 ) también pueden servir como PDK2. La fosforilación por mTORC2 estimula la fosforilación posterior de las isoformas de Akt por PDPK1.
Las isoformas de Akt activadas pueden luego activar o desactivar sus innumerables sustratos (por ejemplo, mTOR ) a través de su actividad quinasa.
Además de ser un efector descendente de las PI 3-quinasas, las isoformas de Akt también pueden activarse de una manera independiente de la PI 3-quinasa. [15] ACK1 o TNK2 , una tirosina quinasa no receptora, fosforila Akt en su residuo de tirosina 176, lo que lleva a su activación de una manera independiente de la PI 3-quinasa. [15] Los estudios han sugerido que los agentes que elevan el AMPc también podrían activar Akt a través de la proteína quinasa A (PKA) en presencia de insulina. [16 ]
La Akt puede ser O -GlcNAcilada por OGT . La O -GlcNAcilación de Akt está asociada con una disminución en la fosforilación de T308. [17]
Akt1 normalmente se fosforila en la posición T450 en el motivo de giro cuando Akt1 se traduce. Si Akt1 no se fosforila en esta posición, Akt1 no se pliega de la manera correcta. La Akt1 mal plegada no fosforilada en T450 es ubiquitinada y degradada por el proteasoma . Akt1 también se fosforila en T308 y S473 durante la respuesta a IGF-1 , y la Akt polifosforilada resultante es ubiquitinada en parte por la ligasa E3 NEDD4 . La mayor parte de la Akt1 ubiquitinada-fosforilada es degradada por el proteasoma, mientras que una pequeña cantidad de Akt1 fosforilada se transloca al núcleo de una manera dependiente de la ubiquitinación para fosforilar su sustrato. Una Akt1 mutante derivada del cáncer (E17K) se ubiquitina y fosforila más fácilmente que la Akt1 de tipo salvaje. La Akt1 ubiquitinada-fosforilada (E17K) se transloca al núcleo de manera más eficiente que la Akt1 de tipo salvaje. Este mecanismo puede contribuir al cáncer inducido por E17K-Akt1 en humanos. [18]
La activación de Akt1 dependiente de PI3K puede regularse a través del supresor tumoral PTEN , que funciona esencialmente como lo opuesto de PI3K mencionado anteriormente. [19] PTEN actúa como una fosfatasa para desfosforilar PIP3 de nuevo a PIP2 . Esto elimina el factor de localización de membrana de la vía de señalización de Akt . Sin esta localización, la tasa de activación de Akt1 disminuye significativamente, al igual que todas las vías descendentes que dependen de Akt1 para su activación.
La PIP3 también puede ser desfosforilada en la posición "5" por la familia SHIP de inositol fosfatasas, SHIP1 y SHIP2 . Estas inositol fosfatasas polifosfato desfosforilan la PIP3 para formar la PIP2 .
Se ha demostrado que las fosfatasas de la familia PHLPP , PHLPP1 y PHLPP2, desfosforilan directamente y, por lo tanto, inactivan distintas isoformas de Akt. PHLPP2 desfosforila Akt1 y Akt3, mientras que PHLPP1 es específica para Akt2 y Akt3. [ cita requerida ]
Las quinasas Akt regulan la supervivencia celular [20] y el metabolismo uniéndose y regulando muchos efectores posteriores, por ejemplo, el factor nuclear-κB , las proteínas de la familia Bcl-2, el regulador lisosomal maestro TFEB y el minuto doble murino 2 ( MDM2 ).
Las quinasas Akt pueden promover la supervivencia celular mediada por factores de crecimiento tanto de forma directa como indirecta. BAD es una proteína proapoptótica de la familia Bcl-2 . Akt1 puede fosforilar BAD en Ser136, [21] lo que hace que BAD se disocie del complejo Bcl-2/Bcl-X y pierda la función proapoptótica. [22] Akt1 también puede activar NF-κB mediante la regulación de la quinasa IκB (IKK), lo que da como resultado la transcripción de genes pro-supervivencia. [23]
Se sabe que las isoformas de Akt desempeñan un papel en el ciclo celular . En diversas circunstancias, se ha demostrado que la activación de Akt1 supera la detención del ciclo celular en las fases G1 [24] y G2 [25] . Además, la Akt1 activada puede permitir la proliferación y supervivencia de células que han sufrido un impacto potencialmente mutagénico y, por lo tanto, puede contribuir a la adquisición de mutaciones en otros genes.
Akt2 es necesaria para la translocación inducida por insulina del transportador de glucosa 4 ( GLUT4 ) a la membrana plasmática . La glucógeno sintasa quinasa 3 ( GSK-3 ) podría ser inhibida tras la fosforilación por Akt, lo que da como resultado un aumento de la síntesis de glucógeno. GSK3 también está involucrada en la cascada de señalización de Wnt , por lo que Akt también podría estar implicada en la vía de Wnt. Se desconoce su papel en la esteatosis inducida por VHC . [ cita requerida ]
Akt1 regula TFEB , un controlador maestro de la biogénesis lisosomal, [26] mediante fosforilación directa en la serina 467. [27] El TFEB fosforilado se excluye del núcleo y es menos activo. [27] La inhibición farmacológica de Akt promueve la translocación nuclear de TFEB , la biogénesis lisosomal y la autofagia. [27]
Akt1 también ha sido implicada en la angiogénesis y el desarrollo de tumores. Aunque la deficiencia de Akt1 en ratones inhibió la angiogénesis fisiológica, mejoró la angiogénesis patológica y el crecimiento tumoral asociado con anomalías de la matriz en la piel y los vasos sanguíneos. [28] [29]
Las proteínas Akt están asociadas con la supervivencia, proliferación e invasividad de las células tumorales. La activación de Akt es también una de las alteraciones más frecuentes observadas en células tumorales y cancerosas humanas. Las células tumorales que tienen Akt constantemente activa pueden depender de Akt para sobrevivir. [30] Por lo tanto, comprender las proteínas Akt y sus vías es importante para la creación de mejores terapias para tratar el cáncer y las células tumorales. Una mutación activadora de mosaico (c. 49G→A, p.Glu17Lys) en Akt1 está asociada con el síndrome de Proteus , que causa el crecimiento excesivo de la piel, el tejido conectivo, el cerebro y otros tejidos. [31]
Los inhibidores de Akt pueden tratar cánceres como el neuroblastoma . Algunos inhibidores de Akt han sido sometidos a ensayos clínicos. En 2007, VQD-002 pasó a la fase I de ensayo. [32] En 2010, Perifosine alcanzó la fase II. [33] Pero fracasó en la fase III en 2012.
La miltefosina está aprobada para la leishmaniasis y se encuentra en investigación para otras indicaciones, incluido el VIH.
Actualmente se piensa que Akt1 es la "llave" para la entrada en la célula del HSV-1 y HSV-2 (virus del herpes: oral y genital, respectivamente). La liberación intracelular de calcio por la célula permite la entrada del virus del herpes; el virus activa Akt1, que a su vez provoca la liberación de calcio. El tratamiento de las células con inhibidores de Akt antes de la exposición al virus conduce a una tasa de infección significativamente menor. [34]
MK-2206 informó resultados de fase 1 para tumores sólidos avanzados en 2011, [35] y posteriormente se sometió a numerosos estudios de fase II para una amplia variedad de tipos de cáncer. [36]
En 2013, AZD5363 informó los resultados de la fase I con respecto a los tumores sólidos. [37] con un estudio de AZD5363 con olaparib informado en 2016. [38]
El ipatasertib se encuentra en ensayos de fase II para el cáncer de mama. [39]
La activación de la isoforma Akt se asocia con muchas neoplasias malignas; sin embargo, un grupo de investigación del Hospital General de Massachusetts y la Universidad de Harvard observó inesperadamente un papel inverso para Akt y uno de sus efectores FOXO en la leucemia mieloide aguda (LMA). Afirmaron que se requieren niveles bajos de actividad de Akt asociados con niveles elevados de FOXO para mantener la función y el estado inmaduro de las células iniciadoras de leucemia (LIC). Las FOXO están activas, lo que implica una actividad reducida de Akt, en ~40% de las muestras de pacientes con LMA independientemente del subtipo genético; y la activación de Akt o la eliminación compuesta de FoxO1/3/4 redujeron el crecimiento de células leucémicas en un modelo de ratón. [40]
Dos estudios muestran que Akt1 está implicado en los tumores de células de la granulosa juvenil (JGCT). Se encontraron duplicaciones en el marco de lectura en el dominio de homología de pleckstrina (PHD) de la proteína en más del 60% de los JGCT que se produjeron en niñas menores de 15 años. Los JGCT sin duplicaciones portaban mutaciones puntuales que afectaban a residuos altamente conservados. Las proteínas mutadas que portaban las duplicaciones mostraron una distribución subcelular no salvaje, con un marcado enriquecimiento en la membrana plasmática. Esto condujo a un sorprendente grado de activación de Akt1 demostrado por un fuerte nivel de fosforilación y corroborado por ensayos de reporteros. [41]
El análisis por RNA-Seq identificó una serie de genes expresados de manera diferencial, involucrados en la señalización de citocinas y hormonas y en procesos relacionados con la división celular. Análisis posteriores apuntaron a un posible proceso de desdiferenciación y sugirieron que la mayoría de las desregulaciones transcriptómicas podrían estar mediadas por un conjunto limitado de factores de transcripción alterados por la activación de Akt1. Estos resultados incriminan a las mutaciones somáticas de Akt1 como eventos impulsores importantes en la patogénesis de los JGCT. [42]
