Ras , del " virus Ra t s arcoma", es una familia de proteínas relacionadas que se expresan en todos los linajes y órganos de células animales. Todos los miembros de la familia de proteínas Ras pertenecen a una clase de proteína llamada GTPasa pequeña y participan en la transmisión de señales dentro de las células ( transducción de señales celulares ). Ras es el miembro prototípico de la superfamilia de proteínas Ras , todas relacionadas en una estructura tridimensional y regulan diversos comportamientos celulares.
Cuando Ras se "activa" mediante señales entrantes, posteriormente activa otras proteínas, que en última instancia activan genes implicados en el crecimiento , la diferenciación y la supervivencia celular . Las mutaciones en los genes Ras pueden conducir a la producción de proteínas Ras activadas permanentemente, lo que puede provocar señales hiperactivas e involuntarias dentro de la célula, incluso en ausencia de señales entrantes.
Debido a que estas señales dan como resultado el crecimiento y la división celular, la señalización hiperactiva de Ras puede, en última instancia, provocar cáncer . [1] Los tres genes Ras en humanos ( HRAS , KRAS y NRAS ) son los oncogenes más comunes en el cáncer humano; Las mutaciones que activan permanentemente Ras se encuentran en el 20 al 25% de todos los tumores humanos y hasta el 90% en ciertos tipos de cáncer (p. ej., cáncer de páncreas ). [2] Por esta razón, los inhibidores de Ras se están estudiando como tratamiento para el cáncer y otras enfermedades con sobreexpresión de Ras.
Los dos primeros genes Ras, HRAS y KRAS , fueron identificados [3] a partir de estudios de dos virus que causan cáncer, el virus del sarcoma de Harvey y el virus del sarcoma de Kirsten, realizados por Edward M. Scolnick y sus colegas de los Institutos Nacionales de Salud (NIH). [4] Estos virus fueron descubiertos originalmente en ratas durante la década de 1960 por Jennifer Harvey [5] y Werner H. Kirsten , [6] respectivamente, de ahí el nombre Ra t s arcoma . [3] En 1982, Geoffrey M. Cooper en Harvard descubrió genes ras humanos activados y transformantes en células cancerosas humanas, [7] Mariano Barbacid y Stuart A. Aaronson en el NIH, [8] Robert Weinberg en el MIT, [9 ] y Michael Wigler del Laboratorio Cold Spring Harbor. [10] Un tercer gen ras fue descubierto posteriormente por investigadores del grupo de Robin Weiss en el Instituto de Investigación del Cáncer , [11] [12] y Michael Wigler en el Laboratorio Cold Spring Harbor, [13] denominado NRAS , para su identificación inicial. en células de neuroblastoma humano.
Los tres genes ras humanos codifican proteínas extremadamente similares formadas por cadenas de 188 a 189 aminoácidos. Sus símbolos genéticos son HRAS , NRAS y KRAS , el último de los cuales produce las isoformas K-Ras4A y K-Ras4B a partir de un empalme alternativo . [ cita necesaria ]
Ras contiene seis hebras beta y cinco hélices alfa . [14] Consta de dos dominios: un dominio G de 166 aminoácidos (aproximadamente 20 kDa) que se une a los nucleótidos de guanosina, y una región C-terminal dirigida a la membrana (CAAX-COOH, también conocida como caja CAAX), que es lipídica. modificado por farnesil transferasa , RCE1 e ICMT . [ cita necesaria ]
El dominio G contiene cinco motivos G que se unen directamente a GDP/GTP. El motivo G1, o bucle P, se une al beta fosfato de GDP y GTP. El motivo G2, también llamado Switch I o SW1, contiene treonina35, que se une al fosfato terminal (γ-fosfato) de GTP y al ion magnesio divalente unido en el sitio activo. El motivo G3, también llamado Switch II o SW2, tiene un motivo DXXGQ. La D es aspartato57, que es específico para la unión de guanina versus adenina, y Q es glutamina61, el residuo crucial que activa una molécula de agua catalítica para la hidrólisis de GTP a GDP. El motivo G4 contiene un motivo LVGNKxDL y proporciona una interacción específica con la guanina. El motivo G5 contiene una secuencia consenso SAK. La A es alanina146, que proporciona especificidad por la guanina en lugar de la adenina.
Los dos motivos de cambio, G2 (SW1) y G3 (SW2), son las partes principales de la proteína que se mueven cuando el GTP se hidroliza en GDP. Este cambio conformacional por los dos motivos de cambio es lo que media la funcionalidad básica como proteína de cambio molecular. Este estado de Ras vinculado al GTP es el estado "encendido", y el estado vinculado al PIB es el estado "apagado". Los dos motivos de cambio tienen varias conformaciones cuando se unen a GTP o GDP o ningún nucleótido (cuando se unen a SOS1, que libera el nucleótido). [15]
Ras también se une a un ion magnesio que ayuda a coordinar la unión de nucleótidos.
Las proteínas ras funcionan como interruptores moleculares binarios que controlan las redes de señalización intracelular. Las vías de señales reguladas por Ras controlan procesos como la integridad citoesquelética de actina , la proliferación celular , la diferenciación celular , la adhesión celular , la apoptosis y la migración celular . Ras y las proteínas relacionadas con Ras a menudo están desreguladas en los cánceres, lo que conduce a una mayor invasión y metástasis , y una disminución de la apoptosis.
Ras activa varias vías, de las cuales la cascada de proteína quinasa activada por mitógenos (MAP) ha sido bien estudiada. Esta cascada transmite señales aguas abajo y da como resultado la transcripción de genes implicados en el crecimiento y la división celular. [16] Otra vía de señalización activada por Ras es la vía PI3K/AKT/mTOR , que estimula la síntesis de proteínas y el crecimiento celular e inhibe la apoptosis.
Ras es una proteína de unión a nucleótidos de guanosina . En concreto, se trata de una GTPasa pequeña de una sola subunidad , que está relacionada en estructura con la subunidad G α de las proteínas G heterotriméricas (GTPasas grandes). Las proteínas G funcionan como interruptores de señalización binaria con estados "encendido" y "apagado". En el estado "apagado", está unido al nucleótido difosfato de guanosina (GDP), mientras que en el estado "encendido", Ras está unido al trifosfato de guanosina (GTP), que tiene un grupo fosfato adicional en comparación con el PIB. Este fosfato adicional mantiene las dos regiones de interruptor en una configuración de "resorte cargado" (específicamente el Thr-35 y el Gly-60). Cuando se liberan, las regiones del interruptor se relajan, lo que provoca un cambio conformacional al estado inactivo. Por lo tanto, la activación y desactivación de Ras y otras proteínas G pequeñas se controlan mediante el ciclo entre las formas activas unidas a GTP y inactivas unidas a GDP.
El proceso de intercambio del nucleótido unido se ve facilitado por los factores de intercambio de nucleótidos de guanina (GEF) y las proteínas activadoras de GTPasa (GAP). Según su clasificación, Ras tiene una actividad GTPasa intrínseca , lo que significa que la proteína por sí sola hidrolizará una molécula de GTP unida en GDP. Sin embargo, este proceso es demasiado lento para una función eficiente y, por lo tanto, el GAP para Ras, RasGAP, puede unirse y estabilizar la maquinaria catalítica de Ras, suministrando residuos catalíticos adicionales (" dedo de arginina ") de modo que una molécula de agua esté en una posición óptima para la actividad nucleofílica. ataque al gamma-fosfato de GTP. Se libera un fosfato inorgánico y la molécula Ras ahora está unida a un GDP. Dado que la forma unida a GDP está "apagada" o "inactiva" para la señalización, la proteína activadora de GTPasa inactiva Ras activando su actividad GTPasa. Por tanto, los GAP aceleran la inactivación de Ras .
Los FMAM catalizan una reacción de "tira y afloja" que libera el PIB de Ras. Se insertan cerca del sitio de unión del catión magnesio y del bucle P e inhiben la interacción de estos con el anión fosfato gamma . Los residuos ácidos (negativos) en el interruptor II "tiran" una lisina en el bucle P lejos del PIB, lo que "empuja" al interruptor I lejos de la guanina. Los contactos que mantienen el PIB en su lugar se rompen y se libera al citoplasma. Debido a que el GTP intracelular es abundante en relación con el PIB (aproximadamente 10 veces más), [16] el GTP vuelve a entrar predominantemente en la bolsa de unión de nucleótidos de Ras y recarga el resorte. Por tanto, los GEF facilitan la activación de Ras . [14] Los GEF más conocidos incluyen Son of Sevenless (Sos) y cdc25 , que incluyen el dominio RasGEF .
El equilibrio entre la actividad GEF y GAP determina el estado del nucleótido de guanina de Ras, regulando así la actividad de Ras.
En la conformación unida a GTP, Ras tiene una alta afinidad por numerosos efectores que le permiten llevar a cabo sus funciones. Estos incluyen PI3K . Otras GTPasas pequeñas pueden unirse a adaptadores como la arfaptina o sistemas de segundo mensajero como la adenilil ciclasa . El dominio de unión Ras se encuentra en muchos efectores e invariablemente se une a una de las regiones de cambio, porque éstas cambian la conformación entre las formas activa e inactiva. Sin embargo, también pueden unirse al resto de la superficie proteica.
Existen otras proteínas que pueden cambiar la actividad de las proteínas de la familia Ras. Un ejemplo es el GDI (inhibidor de disociación del PIB). Estos funcionan ralentizando el intercambio de PIB por GTP, prolongando así el estado inactivo de los miembros de la familia Ras. Pueden existir otras proteínas que aumenten este ciclo.
Ras está unido a la membrana celular debido a su prenilación y palmitoilación ( HRAS y NRAS ) o la combinación de prenilación y una secuencia polibásica adyacente al sitio de prenilación ( KRAS ). La caja CaaX C-terminal de Ras primero se farnesila en su residuo Cys en el citosol, lo que permite que Ras se inserte libremente en la membrana del retículo endoplasmático y otras membranas celulares. Luego, el tripéptido (aaX) se escinde del extremo C mediante una endoproteasa específica de prenilproteína y el nuevo extremo C se metila mediante una metiltransferasa . El procesamiento de KRas se completa en esta etapa. Las interacciones electrostáticas dinámicas entre su secuencia básica cargada positivamente con cargas negativas en la valva interna de la membrana plasmática explican su localización predominante en la superficie celular en estado estacionario. NRAS y HRAS se procesan adicionalmente en la superficie del aparato de Golgi mediante palmitoilación de uno o dos residuos de Cys, respectivamente, adyacentes a la caja CaaX. De este modo, las proteínas quedan ancladas de forma estable a la membrana (balsas lipídicas) y son transportadas a la membrana plasmática en vesículas de la vía secretora . La despalmitilolación mediante acilproteínas tioesterasas finalmente libera las proteínas de la membrana, lo que les permite entrar en otro ciclo de palmitoilación y depalmitilolación. [17] Se cree que este ciclo previene la fuga de NRAS y HRAS a otras membranas con el tiempo y mantiene su localización en estado estacionario a lo largo del aparato de Golgi , la vía secretora , la membrana plasmática y la vía de endocitosis interconectada .
Los miembros clínicamente más notables de la subfamilia Ras son HRAS , KRAS y NRAS , principalmente por estar implicados en muchos tipos de cáncer. [18]
Sin embargo, también hay muchos otros miembros de esta subfamilia: [19] DIRAS1 ; DIRAS2; DIRAS3 ; ERA; GEMA ; MRAS ; NKIRAS1; NKIRAS2 ; RALA ; RALB ; RAP1A ; RAP1B ; RAP2A ; RAP2B ; RAP2C; RASD1 ; RASD2 ; RASL10A; RASL10B; RASL11A; RASL11B ; RASL12; REM1; REM2; RERG ; REGL; RRAD ; RRAS ; RRAS2
Las mutaciones en la familia Ras de protooncogenes (que comprende H-Ras, N-Ras y K-Ras) son muy comunes y se encuentran en entre el 20% y el 30% de todos los tumores humanos. [18] Es razonable especular que un enfoque farmacológico que reduzca la actividad de Ras puede representar un posible método para inhibir ciertos tipos de cáncer. Las mutaciones del punto Ras son la anomalía más común de los protooncogenes humanos. [20] El ácido transfarnesiltiosalicílico (FTS, Salirasib) inhibidor de Ras exhibe profundos efectos antioncogénicos en muchas líneas celulares cancerosas. [21] [22]
Se ha demostrado que la activación inadecuada del gen desempeña un papel clave en la transducción inadecuada de señales, la proliferación y la transformación maligna. [dieciséis]
Las mutaciones en varios genes diferentes, así como en el propio RAS, pueden tener este efecto. Los oncogenes como p210BCR-ABL o el receptor de crecimiento erbB están aguas arriba de Ras, por lo que si se activan constitutivamente sus señales se transducirán a través de Ras. [ cita necesaria ]
El gen supresor de tumores NF1 codifica un Ras-GAP; su mutación en la neurofibromatosis significará que es menos probable que Ras se inactive. Ras también puede amplificarse, aunque esto sólo ocurre ocasionalmente en tumores.
Finalmente, los oncogenes Ras pueden activarse mediante mutaciones puntuales, de modo que GAP ya no pueda estimular la reacción de la GTPasa; esto aumenta la vida media de los mutantes Ras-GTP activos. [23]
Ras constitutivamente activo ( Ras D ) es aquel que contiene mutaciones que previenen la hidrólisis de GTP, bloqueando así a Ras en un estado permanentemente "encendido".
Las mutaciones más comunes se encuentran en el residuo G12 del bucle P y en el residuo catalítico Q61.
Véase también mutantes "dominantes negativos" como S17N y D119N.
Se observó que el reovirus era un potencial terapéutico contra el cáncer cuando los estudios sugirieron que se reproduce bien en ciertas líneas celulares cancerosas. Se replica específicamente en células que tienen una vía Ras activada (una vía de señalización celular que participa en el crecimiento y la diferenciación celular). [25] El reovirus se replica y finalmente mata las células tumorales activadas por Ras y, a medida que se produce la muerte celular, las partículas del virus de la progenie quedan libres para infectar las células cancerosas circundantes. Se cree que este ciclo de infección, replicación y muerte celular se repite hasta que se destruyen todas las células tumorales que portan una vía Ras activada. [ cita necesaria ]
Otro virus de lisis de tumores que se dirige específicamente a las células tumorales con una vía Ras activada es un agente basado en el virus del herpes simple tipo II (HSV-2), denominado FusOn-H2. [26] La activación de mutaciones de la proteína Ras y de elementos anteriores de la proteína Ras puede desempeñar un papel en más de dos tercios de todos los cánceres humanos, incluida la mayoría de las enfermedades metastásicas. Reolysin , una formulación de reovirus, y FusOn-H2 se encuentran actualmente en ensayos clínicos o en desarrollo para el tratamiento de varios cánceres. [27] Además, un tratamiento basado en ARNip K-RAS antimutado (G12D) llamado siG12D LODER se encuentra actualmente en ensayos clínicos para el tratamiento del cáncer de páncreas localmente avanzado (NCT01188785, NCT01676259). [28]
En modelos de ratón con glioblastoma , los niveles de SHP2 aumentaron en las células cerebrales cancerosas. La inhibición de SHP2 a su vez inhibió la desfosforilación de Ras. Esto redujo el tamaño de los tumores y el consiguiente aumento de las tasas de supervivencia. [29] [30]
Otras estrategias han intentado manipular la regulación de la localización de Ras antes mencionada. Se han desarrollado inhibidores de farnesiltransferasa para detener la farnesilación de Ras y, por tanto, debilitar su afinidad por las membranas. [2] Otros inhibidores se dirigen al ciclo de palmitoilación de Ras mediante la inhibición de la depalmitilolación por las acilproteínas tioesterasas , lo que podría conducir a una desestabilización del ciclo de Ras. [31]
[32] Las mutaciones de Ras en la posición del residuo 12 inhiben la unión de la molécula reguladora GAP al Ras mutado, provocando un crecimiento celular descontrolado . La nueva estrategia propone encontrar pequeñas moléculas de pegamento que unan el Ras mutado al GAP, impidiendo el crecimiento celular incontrolado y restaurando la función normal. Para este objetivo, se diseñó una conformación teórica Ras-GAP con un espacio de varios Å entre las moléculas y se realizó un acoplamiento in silico de alto rendimiento para encontrar agentes adhesivos. Como prueba de concepto, se describieron dos nuevas moléculas con una actividad biológica satisfactoria.
En la mayoría de los tipos de células de la mayoría de las especies, la mayoría de Ras es del tipo GDP. Esto es válido para los ovocitos de Xenopus y los fibroblastos de ratón . [33]
Como se mencionó anteriormente, la mayoría de los X. ovocitos Ras son el conjugado GDP. Mammal Ras induce la meiosis en ovocitos de X. laevis casi con certeza potenciando la meiosis inducida por insulina , pero no la inducida por progesterona . La síntesis de proteínas no parece ser parte de este paso. La inyección aumenta la síntesis de diacilglicerol a partir de fosfatidilcolina . Algunos efectos de la meiosis son antagonizados por rap1 (y por un Ras modificado para acoplarse incorrectamente). Tanto rap1 como Ras modificado son coantagonistas de p120Ras GAP en esta vía. [33]
Se expresa en todos los tejidos de Drosophila melanogaster pero principalmente en células neurales. La sobreexpresión es algo letal y, durante el desarrollo, produce anomalías en los ojos y las alas. (Esto es paralelo, y puede ser la razón de, anomalías similares debidas a receptores tirosina quinasas mutados .) Los genes D. de ras es en mamíferos producen anomalías. [33]
La mayor expresión en Aplysia spp. está en las células neurales. [33]
El gen de C. elegans se deja 60 . También parece desempeñar un papel en la formación del receptor tirosina quinasa en este modelo. La sobreexpresión produce un desarrollo multivulvar debido a su participación en el desarrollo normal de esa región; la sobreexpresión en los sitios efectores es letal. [33]
Esencial en Dictyostelium discoideum . Esto se evidencia por un grave fallo en el desarrollo en la expresión deficiente de ras y por un deterioro significativo de diversas actividades vitales cuando se expresan artificialmente, tales como: aumento de la concentración de fosfatos de inositol ; probable reducción de la unión de AMPc a los receptores de quimiotaxis ; y esa es probablemente la razón por la que se altera la síntesis de cGMP . La actividad de la adenilato ciclasa no se ve afectada por ras . [33]
