Los receptores tirosina quinasas ( RTK ) son receptores de superficie celular de alta afinidad para muchos factores de crecimiento polipeptídicos , citocinas y hormonas . De los 90 genes únicos de tirosina quinasa identificados en el genoma humano , 58 codifican proteínas receptoras de tirosina quinasa. [1] Se ha demostrado que los receptores tirosina quinasas no solo son reguladores clave de los procesos celulares normales, sino que también desempeñan un papel fundamental en el desarrollo y la progresión de muchos tipos de cáncer . [2] Las mutaciones en los receptores tirosina quinasas conducen a la activación de una serie de cascadas de señalización que tienen numerosos efectos sobre la expresión de proteínas. [3] Las tirosina quinasas receptoras son parte de la familia más amplia de proteínas tirosina quinasas , que abarca las proteínas tirosina quinasas receptoras que contienen un dominio transmembrana, así como las tirosina quinasas no receptoras que no poseen dominios transmembrana. [4]
Los primeros RTK descubiertos fueron los receptores de EGF y NGF en la década de 1960, pero la clasificación de los receptores tirosina quinasas no se desarrolló hasta la década de 1970. [5]
Se han identificado aproximadamente 20 clases RTK diferentes. [6]
La mayoría de los RTK son receptores de una sola subunidad, pero algunos existen como complejos multiméricos , por ejemplo, el receptor de insulina que forma dímeros unidos por enlaces disulfuro en presencia de una hormona (insulina); además, la unión del ligando al dominio extracelular induce la formación de dímeros del receptor. [7] Cada monómero tiene un único dominio hidrofóbico transmembrana compuesto de 25 a 38 aminoácidos , una región N terminal extracelular y una región C terminal intracelular . [8] La región N terminal extracelular exhibe una variedad de elementos conservados que incluyen dominios similares a inmunoglobulina (Ig) o factor de crecimiento epidérmico (EGF), repeticiones de fibronectina tipo III o regiones ricas en cisteína que son características de cada subfamilia de RTK. ; estos dominios contienen principalmente un sitio de unión a ligando, que se une a ligandos extracelulares , por ejemplo, un factor de crecimiento u hormona particular . [2] La región C terminal intracelular muestra el nivel más alto de conservación y comprende dominios catalíticos responsables de la actividad quinasa de estos receptores, que cataliza la autofosforilación del receptor y la fosforilación de tirosina de los sustratos RTK. [2]
Una quinasa es un tipo de enzima que transfiere grupos fosfato (ver más abajo) desde moléculas donantes de alta energía , como el ATP (ver más abajo) a moléculas objetivo específicas ( sustratos ); el proceso se denomina fosforilación . Lo contrario, una enzima que elimina los grupos fosfato de los objetivos, se conoce como fosfatasa . Las enzimas quinasas que fosforilan específicamente los aminoácidos tirosina se denominan tirosina quinasas .
Cuando un factor de crecimiento se une al dominio extracelular de una RTK, se desencadena su dimerización con otras RTK adyacentes. La dimerización conduce a una rápida activación de los dominios quinasa citoplásmicos de la proteína, siendo el primer sustrato de estos dominios el propio receptor. Como resultado, el receptor activado se autofosforila en múltiples residuos de tirosina intracelulares específicos .
A través de diversos medios, la unión del ligando extracelular normalmente provocará o estabilizará la dimerización del receptor. Esto permite que una tirosina en la porción citoplasmática de cada monómero receptor sea transfosforilada por su receptor asociado, propagando una señal a través de la membrana plasmática. [9] La fosforilación de residuos de tirosina específicos dentro del receptor activado crea sitios de unión para proteínas que contienen el dominio de homología Src 2 (SH2) y el dominio de unión a fosfotirosina (PTB). [10] [11] Las proteínas específicas que contienen estos dominios incluyen Src y fosfolipasa C γ. La fosforilación y activación de estas dos proteínas en la unión al receptor conducen al inicio de vías de transducción de señales . Otras proteínas que interactúan con el receptor activado actúan como proteínas adaptadoras y no tienen actividad enzimática intrínseca propia. Estas proteínas adaptadoras vinculan la activación de RTK con vías de transducción de señales posteriores , como la cascada de señalización de MAP quinasa . [2] Un ejemplo de una vía de transducción de señales vitales involucra el receptor de tirosina quinasa, c-met, que es necesario para la supervivencia y proliferación de los mioblastos migratorios durante la miogénesis . La falta de c-met altera la miogénesis secundaria y, como en LBX1, previene la formación de musculatura de las extremidades. Esta acción local de los FGF (Factores de Crecimiento de Fibroblastos) con sus receptores RTK se clasifica como señalización paracrina . Como los receptores RTK fosforilan múltiples residuos de tirosina , pueden activar múltiples vías de transducción de señales .
La familia de proteínas ErbB o familia del receptor del factor de crecimiento epidérmico (EGFR) es una familia de cuatro receptores tirosina quinasas estructuralmente relacionados. La señalización insuficiente de ErbB en humanos se asocia con el desarrollo de enfermedades neurodegenerativas , como la esclerosis múltiple y la enfermedad de Alzheimer . [12] En ratones, la pérdida de señalización por parte de cualquier miembro de la familia ErbB produce letalidad embrionaria con defectos en órganos como los pulmones , la piel , el corazón y el cerebro . La señalización excesiva de ErbB se asocia con el desarrollo de una amplia variedad de tipos de tumores sólidos . ErbB-1 y ErbB-2 se encuentran en muchos cánceres humanos y su señalización excesiva puede ser factores críticos en el desarrollo y malignidad de estos tumores . [13]
Los factores de crecimiento de fibroblastos comprenden la familia más grande de ligandos de factores de crecimiento con 23 miembros. [14] El empalme alternativo natural de cuatro genes del receptor del factor de crecimiento de fibroblastos (FGFR) da como resultado la producción de más de 48 isoformas diferentes de FGFR. [15] Estas isoformas varían en sus propiedades de unión a ligandos y dominios de quinasa; sin embargo, todos comparten una región extracelular común compuesta por tres dominios similares a las inmunoglobulinas (Ig) (D1-D3) y, por lo tanto, pertenecen a la superfamilia de las inmunoglobulinas . [16] Las interacciones con los FGF se producen a través de los dominios D2 y D3 del FGFR. Cada receptor puede ser activado por varios FGF. En muchos casos, los propios FGF también pueden activar más de un receptor. Sin embargo, este no es el caso del FGF-7, que sólo puede activar FGFR2b. [15] También se ha identificado un gen para una quinta proteína FGFR, FGFR5. A diferencia de los FGFR 1-4, carece de un dominio de tirosina quinasa citoplasmática y una isoforma, FGFR5γ, solo contiene los dominios extracelulares D1 y D2. [17]
El factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF) es uno de los principales inductores de la proliferación de células endoteliales y la permeabilidad de los vasos sanguíneos . Dos RTK se unen al VEGF en la superficie celular, VEGFR-1 ( Flt-1 ) y VEGFR-2 ( KDR/Flk-1 ). [18]
Los receptores de VEGF tienen una porción extracelular que consta de siete dominios similares a Ig , por lo que, al igual que los FGFR, pertenecen a la superfamilia de las inmunoglobulinas. También poseen una única región transmembrana y una porción intracelular que contiene un dominio tirosina-quinasa dividido . VEGF-A se une a VEGFR-1 ( Flt-1 ) y VEGFR-2 ( KDR/Flk-1 ). VEGFR-2 parece mediar en casi todas las respuestas celulares conocidas al VEGF. La función de VEGFR-1 está menos definida, aunque se cree que modula la señalización de VEGFR-2. Otra función de VEGFR-1 puede ser actuar como un receptor simulado/señuelo, secuestrando el VEGF de la unión de VEGFR-2 (esto parece ser particularmente importante durante la vasculogénesis en el embrión). Se ha descubierto un tercer receptor (VEGFR-3); sin embargo, VEGF-A no es un ligando para este receptor. VEGFR-3 media la linfangiogénesis en respuesta a VEGF-C y VEGF-D.
El empalme alternativo natural del gen RET da como resultado la producción de 3 isoformas diferentes de la proteína RET. RET51, RET43 y RET9 contienen 51, 43 y 9 aminoácidos en su cola C-terminal , respectivamente. [19] Las funciones biológicas de las isoformas RET51 y RET9 son las mejor estudiadas in vivo , ya que son las isoformas más comunes en las que se produce RET.
RET es el receptor de los miembros de la familia de ligandos o moléculas de señalización extracelular (GFL) del factor neurotrófico derivado de la línea celular glial (GDNF). [20]
Para activar RET, primero las GFL deben formar un complejo con un correceptor anclado a glicosilfosfatidilinositol (GPI) . Los propios correceptores se clasifican como miembros de la familia de proteínas del receptor α de GDNF (GFRα). Diferentes miembros de la familia GFRα (GFRα1-GFRα4) exhiben una actividad de unión específica para GFL específicos. [21] Tras la formación del complejo GFL-GFRα, el complejo reúne dos moléculas de RET, lo que desencadena la transautofosforilación de residuos de tirosina específicos dentro del dominio de tirosina quinasa de cada molécula de RET. La fosforilación de estas tirosinas inicia procesos de transducción de señales intracelulares . [22]
Los receptores de efrina son la subfamilia más grande de RTK.
Los DDR son RTK únicos porque se unen a colágenos en lugar de factores de crecimiento solubles. [23]
La vía del receptor tirosina quinasa (RTK) está cuidadosamente regulada por una variedad de circuitos de retroalimentación positiva y negativa. [24] Debido a que las RTK coordinan una amplia variedad de funciones celulares, como la proliferación y diferenciación celular, deben regularse para prevenir anomalías graves en el funcionamiento celular, como el cáncer y la fibrosis. [25]
La proteína tirosina fosfatasa (PTP) es un grupo de enzimas que poseen un dominio catalítico con actividad fosfotirosina específica de fosfohidrolasa. Las PTP son capaces de modificar la actividad de los receptores tirosina quinasas tanto de forma positiva como negativa. [26] Los PTP pueden desfosforilar los residuos de tirosina fosforilados activados en los RTK [27] , lo que prácticamente conduce a la terminación de la señal. Los estudios que involucran a PTP1B, una PTP ampliamente conocida involucrada en la regulación del ciclo celular y la señalización del receptor de citocinas, han demostrado que desfosforilan el receptor del factor de crecimiento epidérmico [28] y el receptor de insulina. [29] Algunas PTP, por otro lado, son receptores de la superficie celular que desempeñan un papel positivo en la proliferación de señalización celular. Cd45, una glicoproteína de la superficie celular, desempeña un papel fundamental en la desfosforilación estimulada por antígenos de fosfotirosinas específicas que inhiben la vía Src. [30]
Herstatina es un autoinhibidor de la familia ErbB, [31] que se une a RTK y bloquea la dimerización del receptor y la fosforilación de tirosina. [27] Las células CHO transfectadas con herstatina dieron como resultado una oligomerización reducida del receptor, un crecimiento clonal y una fosforilación del receptor de tirosina en respuesta al EGF. [32]
Los RTK activados pueden sufrir endocitosis, lo que da como resultado una regulación negativa del receptor y, finalmente, la cascada de señalización. [3] El mecanismo molecular implica la absorción del RTK por una endocitosis mediada por clatrina, lo que lleva a la degradación intracelular. [3]
Los RTK se han convertido en un objetivo atractivo para la terapia farmacológica debido a su implicación en una variedad de anomalías celulares como el cáncer, enfermedades degenerativas y enfermedades cardiovasculares. La Administración de Medicamentos y Alimentos de los Estados Unidos (FDA) ha aprobado varios medicamentos contra el cáncer causado por RTK activados. Se han desarrollado fármacos dirigidos al dominio extracelular o al dominio catalítico, inhibiendo así la unión del ligando y la oligomerización del receptor. [33] Herceptin, un anticuerpo monoclonal que es capaz de unirse al dominio extracelular de RTK, se ha utilizado para tratar la sobreexpresión de HER2 en el cáncer de mama. [34]
+ Tabla adaptada de "Cell signaling by receptor-tyrosine kinase", de Lemmon y Schlessinger's, 2010. Cell , 141 , p. 1117-1134.
