Las tirosina quinasas receptoras ( 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 quinasas identificados en el genoma humano , 58 codifican proteínas de tirosina quinasas receptoras. [1] Se ha demostrado que las tirosina quinasas receptoras no solo son reguladores clave de los procesos celulares normales, sino que también tienen un papel crítico en el desarrollo y la progresión de muchos tipos de cáncer . [2] Las mutaciones en las tirosina quinasas receptoras conducen a la activación de una serie de cascadas de señalización que tienen numerosos efectos en la expresión de proteínas. [3] Los receptores generalmente se activan por dimerización y presentación de sustrato . Las tirosina quinasas receptoras son parte de la familia más grande 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 que se descubrieron fueron los receptores EGF y NGF en la década de 1960, pero la clasificación de las tirosina quinasas receptoras no se desarrolló hasta la década de 1970. [5]
Se han identificado aproximadamente 20 clases diferentes de RTK. [6]
La mayoría de los RTK son receptores de subunidad única, pero algunos existen como complejos multiméricos , por ejemplo, el receptor de insulina que forma dímeros unidos por disulfuro en presencia de hormona (insulina); además , la unión del ligando al dominio extracelular induce la formación de dímeros de receptores. [7] Cada monómero tiene un único dominio transmembrana hidrofóbico 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 de ligando, que se une a ligandos extracelulares , por ejemplo, un factor de crecimiento u hormona en particular . [2] La región C terminal intracelular muestra el mayor nivel 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 donadoras de alta energía , como el ATP (ver más abajo) a moléculas objetivo específicas ( sustratos ); el proceso se denomina fosforilación . Lo opuesto, una enzima que elimina grupos fosfato de los objetivos, se conoce como fosfatasa . Las enzimas quinasas que fosforilan específicamente aminoácidos de 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 de quinasa citoplasmática de la proteína, siendo el propio receptor el primer sustrato para estos dominios. Como resultado, el receptor activado se autofosforila en múltiples residuos de tirosina intracelulares específicos .
A través de diversos medios, la unión del ligando extracelular típicamente causará o estabilizará la dimerización del receptor. Esto permite que una tirosina en la porción citoplasmática de cada monómero del 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 las 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 a las vías de transducción de señales posteriores , como la cascada de señalización de la quinasa MAP . [2] Un ejemplo de una vía de transducción de señales vitales involucra al receptor de tirosina quinasa, c-met, que es necesario para la supervivencia y proliferación de mioblastos migrantes durante la miogénesis . La falta de c-met altera la miogénesis secundaria y, como en LBX1, impide la formación de la 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 de tirosina quinasas estructuralmente relacionados. La señalización insuficiente de ErbB en humanos está asociada con el desarrollo de enfermedades neurodegenerativas , como la esclerosis múltiple y la enfermedad de Alzheimer . [12] En ratones, la pérdida de señalización de cualquier miembro de la familia ErbB da como resultado letalidad embrionaria con defectos en órganos como los pulmones , la piel , el corazón y el cerebro . La señalización excesiva de ErbB está asociada 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 la 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 alterno 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 al ligando y dominios quinasa; sin embargo, todas comparten una región extracelular común compuesta por tres dominios similares a inmunoglobulina (Ig) (D1-D3), y por lo tanto pertenecen a la superfamilia de inmunoglobulinas . [16] Las interacciones con los FGF ocurren a través de los dominios FGFR D2 y D3. 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 con FGF-7, que puede activar solo 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 citoplasmático 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 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 de tirosina-quinasa dividido . VEGF-A se une a VEGFR-1 ( Flt-1 ) y VEGFR-2 ( KDR/Flk-1 ). VEGFR-2 parece mediar casi todas las respuestas celulares conocidas a 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 ficticio/señuelo, secuestrando 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 alterno 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] Los roles biológicos de las isoformas RET51 y RET9 son los más estudiados in vivo , ya que son las isoformas más comunes en las que se presenta RET.
RET es el receptor de los miembros de la familia de moléculas o ligandos de señalización extracelular (GFL) del factor neurotrófico derivado de la línea de células gliales (GDNF) . [20]
Para activar el RET, los GFL deben formar primero un complejo con un correceptor anclado al glicosilfosfatidilinositol (GPI) . Los correceptores se clasifican como miembros de la familia de proteínas del receptor GDNF-α (GFRα). Diferentes miembros de la familia GFRα (GFRα1-GFRα4) exhiben una actividad de unión específica para un GFL específico. [21] Tras la formación del complejo GFL-GFRα, el complejo une dos moléculas de RET, lo que desencadena la transautofosforilación de residuos de tirosina específicos dentro del dominio de la tirosina quinasa de cada molécula de RET. La fosforilación de estas tirosinas inicia entonces los procesos de transducción de señales intracelulares . [22]
Los receptores de efrina son la subfamilia más grande de RTK.
Las DDR son RTK únicas porque se unen a colágenos en lugar de a factores de crecimiento solubles. [23]
La vía de la tirosina quinasa del receptor (RTK) está cuidadosamente regulada por una variedad de bucles 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 ser reguladas para prevenir anomalías graves en el funcionamiento celular, como el cáncer y la fibrosis. [25]
Las fosfatasas tirosina-proteínas (PTP) son un grupo de enzimas que poseen un dominio catalítico con actividad fosfohidrolasa específica de la fosfotirosina. Las PTP son capaces de modificar la actividad de las tirosina quinasas receptoras tanto de manera positiva como negativa. [26] Las PTP pueden desfosforilar los residuos de tirosina fosforilados activados en las RTK [27], lo que prácticamente conduce a la terminación de la señal. Los estudios que involucran a PTP1B, una PTP ampliamente conocida que participa en la regulación del ciclo celular y la señalización del receptor de citocinas, han demostrado que desfosforila 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 la señalización celular. Cd45, una glicoproteína de la superficie celular, desempeña un papel crítico en la desfosforilación estimulada por antígenos de fosfotirosinas específicas que inhiben la vía Src. [30]
La herstatina es un autoinhibidor de la familia ErbB, [31] que se une a las RTK y bloquea la dimerización del receptor y la fosforilación de la tirosina. [27] Las células CHO transfectadas con herstatina dieron como resultado una reducción de la oligomerización del receptor, el crecimiento clonal y la fosforilación de la tirosina del receptor en respuesta al EGF. [32]
Las RTK activadas 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 de la RTK por una endocitosis mediada por clatrina, lo que conduce a la degradación intracelular. [3]
Las 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, las enfermedades degenerativas y las enfermedades cardiovasculares. La Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA) ha aprobado varios medicamentos contra el cáncer causados por RTK activadas. Se han desarrollado medicamentos para dirigirse 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 las RTK, se ha utilizado para tratar la sobreexpresión de HER2 en el cáncer de mama. [34]
+ Tabla adaptada de "Señalización celular por receptores de tirosina quinasas", de Lemmon y Schlessinger, 2010. Cell , 141 , pág. 1117–1134.
