La autofosforilación es un tipo de modificación postraduccional de proteínas . Generalmente se define como la fosforilación de la quinasa por sí misma. En eucariotas , este proceso se produce mediante la adición de un grupo fosfato a residuos de serina , treonina o tirosina dentro de las proteínas quinasas, normalmente para regular la actividad catalítica. [3] [4] La autofosforilación puede ocurrir cuando el propio sitio activo de una quinasacataliza la reacción de fosforilación (autofosforilación cis), o cuando otra quinasa del mismo tipo proporciona el sitio activo que lleva a cabo la química (autofosforilación trans). Esto último ocurre a menudo cuando las moléculas de quinasa se dimerizan. [3] En general, los grupos fosfato introducidos son gamma fosfatos de nucleósidos trifosfatos , más comúnmente ATP . [3]
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Función
Las proteínas quinasas, muchas de las cuales están reguladas por autofosforilación, son vitales para controlar la proliferación, diferenciación, metabolismo, migración y supervivencia celular. Las mutaciones en los genes que los codifican o sus posibles activadores o represores pueden afectar a cualquier número de funciones dentro de un organismo. [3] [4] La fosforilación se revierte fácilmente con las fosfatasas . Por lo tanto, es un método eficaz para "activar" y "desactivar" la actividad quinasa. Debido a esto, se reconoce como un proceso esencial en la señalización celular. [3] La adición de un grupo fosfato cargado negativamente provoca un cambio en el microambiente que puede conducir a la atracción o repulsión de otros residuos o moléculas. [3] [4] El resultado puede ser un cambio conformacional para exponer u ocultar asientos catalíticos o alostéricos de la superficie. [3] Si el residuo fosforilado reside dentro del propio asiento catalítico, puede facilitar o prevenir la unión del sustrato por medio de interacción de carga, o proporcionando o previniendo formas complementarias necesarias para el reconocimiento molecular. [3] Además, el grupo fosfato produce varias áreas potenciales para el enlace de hidrógeno o el establecimiento de puentes salinos, de los cuales el último generalmente involucra un residuo de arginina . [3] [5]
La unión de moléculas efectoras puede verse afectada de manera similar si el residuo fosforilado forma parte del sitio alostérico . [3] También se ha informado que la autofosforilación tiene un efecto sobre la capacidad de la célula para la endocitosis y la proteólisis . [5]
Proceso y estructura
Las quinasas se fosforilan en residuos de serina y / o treonina , o únicamente en residuos de tirosina. [5] Esto sirve como un medio para clasificarlos como Ser / Thr- o Tyr-quinasas. Varios residuos dentro de la estructura primaria pueden autofosforilarse simultáneamente. Los fosfoaceptores a menudo residen dentro de bucles en la estructura de la proteína denominados adecuadamente " bucles de activación ". [3] Las estructuras de algunos complejos de autofosforilación se conocen a partir de cristales de proteína quinasas en los que el sitio de fosforilación (Ser, Thr o Tyr) de un monómero en el cristal se encuentra en el sitio activo de otro monómero del cristal de una manera similar a las estructuras de péptido-sustrato / quinasa conocidas. [6] Las estructuras conocidas incluyen:
- Sitios de fosforilación de Tyr en regiones de yuxtamembrana:
- Sitios de fosforilación de Tyr en regiones de inserción de quinasas:
- FGFR1 humano, Tyr583 (PDB: 3GQI) [9]
- FGFR3 humano, Tyr577 (PDB: 4K33, homólogo al sitio FGFR1, [6] interfaz de dominio idéntica a la estructura de FGFR1) [10]
- Sitios de fosforilación de Tyr en bucles de activación:
- IGF1R humano, Tyr1165 (PDB: 3D94) [11]
- IGF1R humano, Tyr1166 (PDB: 3LVP) [6] [12]
- LCK humana, Tyr394 (PDB: 2PL0, homólogo al sitio IGF1R Tyr1165 [6] ) [6] [13]
- Sitios de fosforilación de Ser / Thr en bucles de activación:
- humano PAK1, Thr423 (PDB: 3Q4Z, 4O0R, 4O0T, 4P90, 4ZLO, 4ZY4, 4ZY5, 4ZY6, 5DEY; las estructuras 4ZY4 y 4ZY5 proporcionan coordenadas completas para el ciclo de activación del sustrato [6] ) [6] [14] [15 ] [16] [17]
- IRAK4 humano, Thr345 (PDB: 4U97, 4U9A) [18]
- Colas terminales N o C Sitios de fosforilación de Ser / Thr:
- C. elegans CaMKII, cola C-terminal, Thr284 (PDB: 3KK8, 3KK9) [19]
- CaMKII humano, cola C-terminal, Thr287 (PDB: 2WEL, homólogo al sitio de C. elegans) [20]
- CLK2 humano, cola N-terminal, Ser142 (PDB: 3NR9) [6]
En general, las estructuras de la fosforilación de los bucles internos involucran importantes contactos dominio-dominio que han sido confirmados por mutagénesis dirigida al sitio, mientras que la fosforilación de posiciones en las colas N o C terminales a más de 10 aminoácidos del dominio quinasa sí lo hace. no implicar importantes contactos dominio-dominio lejos del sitio de unión del sustrato. [6]
Vías de señalización y trans-autofosforilación
Entre varias moléculas, las tirosina quinasas receptoras (RTK) desempeñan un papel fundamental en la transducción de señales a través de una variedad de vías de señalización . Todas las RTK constan de una región de unión de ligando extracelular , una única hélice transmembrana y una región citoplasmática (el dominio de tirosina quinasa). Antes de la estimulación del ligando, la mayoría de las RTK se presentan como monómeros en la superficie de las células. La unión del ligando al dominio extracelular induce la dimerización . La dimerización de las RTK conduce a la autofosforilación de la tirosina en el núcleo catalítico del dímero y, finalmente, a la estimulación de la actividad de la tirosina quinasa y la señalización celular. [21] Por tanto, es un ejemplo de una reacción de trans-autofosforilación, en la que una subunidad receptora del dímero fosforila la otra subunidad. [22]
Ejemplos de RTK que se someten a autofosforilación
Receptor del factor de crecimiento epidérmico
Un ejemplo de RTK que experimentan autofosforilación es el receptor del factor de crecimiento epidérmico (EGFR). EGFR fue el primer ejemplo descubierto de RTK. Después de la unión del ligando, se produce un cambio conformacional en los monómeros de EGFR. Esto conduce a la dimerización de EGFR. [21] La dimerización acerca a los dos receptores. Esto estimula la actividad quinasa de EGFR, lo que conduce a la transautofosforilación en múltiples residuos de tirosina en el extremo C-terminal de la molécula. El residuo de tirosina fosforilado puede servir entonces como un sitio de acoplamiento para las proteínas de señalización aguas abajo. [21] (Figura 1).
Receptores de insulina
Otro ejemplo es la unión de la insulina a los receptores de insulina . Una vez liberada en el torrente sanguíneo, la insulina puede unirse a receptores en la superficie de las células en los músculos u otros tejidos. Este receptor es una proteína con estructura cuaternaria (αβ) 2 . Las dos subunidades α grandes son extracelulares, mientras que las subunidades β más pequeñas tienen un dominio transmembrana, así como dominios extra e intracelulares. En ausencia de insulina, los dos dominios intracelulares de las subunidades β se separan. La unión con la insulina desencadena un cambio conformacional en el receptor que los acerca (dimerización). Cada dominio intracelular de la subunidad β es una tirosina quinasa que fosforila a su socio en el receptor. [3]
Cáncer
Src quinasas
Las quinasas de la familia Src son ejemplos de proteínas que utilizan la autofosforilación para mantener sus estados activados. [3] Src quinasas están involucradas en vías de señalización intracelular que influyen en el crecimiento celular y la fuerza de adhesión celular. Este último contribuye al control de la migración celular. De esta manera, la desregulación de la src-quinasa puede mejorar el crecimiento tumoral y el potencial invasivo de las células cancerosas. [2] La actividad de las src quinasas está regulada tanto por fosforilación como por interacciones intramoleculares que involucran los dominios SH2 y SH3 . El probable mecanismo de activación de la cinasa src en el cáncer es el siguiente:
- 1. La cinasa src se mantiene inactiva mediante la unión de SH2 a una fosfotirosina.
- 2. La desfosforilación de tyr-527 libera el dominio SH2 y SH3.
- 3. La autofosforilación posterior de tyr-416 activa la quinasa.
- 4. La activación constitutiva de la src quinasa observada en el cáncer puede deberse a la deleción de tyr-527, al desplazamiento de las interacciones mediadas por SH3 y SH2 por ligandos de alta afinidad con tyr-416 constantemente autofosforilado. [2] (Figura 2).
Ataxia telangiectasia quinasa mutada (ATM quinasa)
ATM quinasa, un miembro de la familia similar a PI3 de serina / treonina quinasas juega un papel crítico en el mantenimiento de la estabilidad del genoma, que es de fundamental importancia para la supervivencia de todos los organismos. Ejerce su efecto fosforilando proteínas diana como P53 , MDM2 y chk2 . La activación de ATM se ve facilitada por la autofosforilación. El ATM inactivo existe como dímero, donde el dominio quinasa de un monómero está unido al dominio interno del otro monómero, que contiene ser-1981. Por tanto, será inaccesible para los sustratos celulares. En respuesta al daño del ADN, el dominio quinasa de un monómero fosforila ser-1981 del otro ATM que interactúa, lo que da como resultado la disociación de subunidades y la activación de ATM. El cajero automático activado desencadena una secuencia de eventos, incluida la detención del ciclo celular, que da tiempo para la reparación del ADN dañado. Si el ADN dañado no se repara, puede provocar la muerte celular o inestabilidad genómica, cáncer y otras patologías. [23]
Ver también
- Fosforilación
- Quinasa
Referencias
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