El fosfatidilinositol 3,5-bisfosfato (PtdIns (3,5) P2) es uno de los siete fosfoinosítidos que se encuentran en las membranas de las células eucariotas. [1] En células inactivas, los niveles de PtdIns (3,5) P2, normalmente cuantificados por HPLC , son los más bajos entre los fosfoinosítidos presentes constitutivamente. Son aproximadamente de 3 a 5 veces más bajos en comparación con los niveles de PtdIns3P y PtdIns5P ( fosfatidilinositol 5-fosfato ), y más de 100 veces más bajos que los abundantes PtdIns4P ( fosfatidilinositol 4-fosfato ) y PtdIns (4,5) P2 . [2] Se informó por primera vez que PtdIns (3,5) P2 ocurre en fibroblastos de ratón y levadura en gemación.S. cerevisiae en 1997. [3] [4] En S. cerevisiae PtdIns (3,5) los niveles de P2 aumentan drásticamente durante el choque hiperosmótico. [4] La respuesta al desafío hiperosmótico no se conserva en la mayoría de las células de mamíferos analizadas, excepto en los adipocitos 3T3L1 diferenciados. [4] [5]
Metabolismo
La única vía conocida actualmente para la producción de PtdIns (3,5) P2 es a través de la síntesis catalizada por la fosfoinositido quinasa PIKfyve . Los experimentos de persecución de pulsos en fibroblastos de ratón revelan que PtdIns (3,5) P2 se revierte a PtdIns3P poco después de su síntesis. [3] En células de mamíferos, PtdIns (3,5) P2 se sintetiza y se transfiere a PtdIns3P mediante un complejo de proteínas único que contiene dos enzimas con actividades opuestas: la fosfoinositido quinasa PIKfyve y la PtdIns que contiene el dominio Sac1 (3,5) P2 5-fosfatasa, Sac3 / Fig4 . [6] Las dos enzimas no interactúan directamente. Más bien, se unen mediante un regulador asociado de PIKfyve, llamado ArPIKfyve / VAC14 , que forma un andamio de un complejo regulador ternario, conocido como el complejo PAS (de las primeras letras de PIKfyve / ArPIKfyve / Sac3). [7] PIKfyve une el complejo PAS a microdominios endosomales enriquecidos con Rab5GTP / PtdIns3P a través de su dominio de dedo FYVE que se une selectivamente a PtdIns3P. [8] [9] [10] La función esencial del complejo PAS en la síntesis y el recambio de PtdIns (3,5) P2 está respaldada por datos del silenciamiento de proteínas mediado por ARNip y la expresión heteróloga de los componentes del complejo PAS en varios tipos de células como así como por los datos del knockout genético de las proteínas del complejo PAS. [5] [6] [11] [12] [13] [14] [15]
Una vía adicional para el recambio de PtdIns (3,5) P2 implica la familia de las miotubularinas de fosfatasas. Miotubularina 1 y MTMR2 desfosforilan la posición 3 de PtdIns (3,5) P2; por lo tanto, el producto de esta hidrólisis es PtdIns5P, en lugar de PtdIns3P. [16] Las proteínas del complejo PAS se conservan evolutivamente con ortólogos que se encuentran en S. cerevisae (es decir, proteínas Fab1p, Vac14p y Fig4p), así como en todos los eucariotas con genomas secuenciados. Por lo tanto, se cree que PtdIns (3,5) P2 está presente en todos los eucariotas donde regula funciones celulares similares. La levadura Fab1p, Vac14p y Fig4p también forman un complejo, llamado complejo Fab1. [17] Sin embargo, el complejo Fab1 contiene proteínas adicionales, [18] que podrían agregar una capa adicional de regulación PtdIns (3,5) P2 en la levadura. La composición de los complejos de proteínas que regulan los niveles de PtdIns (3,5) P2 en otras especies aún no se ha aclarado.
Funciones y regulación
PtdIns (3,5) P2 regula las operaciones endosómicas (fisión y fusión) que mantienen la homeostasis de la endomembrana y el funcionamiento adecuado de las vías de tráfico que emanan o atraviesan los endosomas. Disminución de los niveles de PtdIns (3,5) P2 ante perturbaciones de PIKfyve celular por expresión heteróloga de mutantes puntuales de PIKfyve enzimáticamente inactivos, [19] silenciamiento medicado con ARNip, [20] inhibición farmacológica [21] y knockout de PIKFYVE [13] todas las causas de formación de múltiples vacuolas citosólicas, que se agrandan con el tiempo. Es importante destacar que la vacuolación inducida por la disfunción de PIKfyve y la depleción de PtdIns (3,5) P2 es reversible y podría ser rescatada selectivamente por microinyección citosólica de PtdIns (3,5) P2, [22] sobreexpresión de PIKfyve [19] o lavado de el inhibidor de PIKfyve YM201636. [21] La actividad de la Sac3 fosfatasa en el complejo PAS también juega un papel importante en la regulación de los niveles de PtdIns (3,5) P2 y en el mantenimiento de la homeostasis de la endomembrana. Por tanto, la vacuolación citoplásmica inducida por el mutante PIKfyveK1831E dominante negativo se suprime tras la coexpresión de un mutante puntual inactivo de la fosfatasa Sac3 junto con ArPIKfyve. [12] Los ensayos de reconstitución in vitro de fusión de endosomas y formación / desprendimiento (fisión) de cuerpos multivesiculares (MVB) sugieren un papel positivo de PtdIns (3,5) P2 en la fisión de MVB de endosomas tempranos en maduración y un papel negativo en la fusión de endosomas. [6] [8] PtdIns (3,5) P2 está implicado en el transporte retrógrado dependiente de microtúbulos desde los endosomas tempranos / tardíos a la red trans de Golgi. [20] [23]
El tratamiento con insulina aguda aumenta los niveles de PtdIns (3,5) P2 en los adipocitos 3T3L1, tanto en membranas aisladas como en células intactas para promover el efecto de la insulina sobre la translocación de la superficie celular GLUT4 y el transporte de glucosa. [11] [12] Estas células también muestran un marcado aumento de PtdIns (3,5) P2 en el choque hiperosmótico. [5] Otros estímulos, incluidas señales mitogénicas como IL-2 y luz UV en linfocitos , [24] activación de la proteína quinasa C por PMA en plaquetas [25] y estimulación EGF de células COS, [26] también aumentan PtdIns (3 , 5) niveles P2.
PtdIns (3,5) P2 juega un papel clave en el crecimiento y desarrollo, como lo demuestra la letalidad previa a la implantación del modelo de ratón knockout PIKfyve. [13] El hecho de que los ratones heterocigotos PIKfyve sean aparentemente normales y vivan hasta el final de la edad adulta con solo ~ 60% de los niveles de PtdIns (3,5) P2 de tipo salvaje sugiere que PtdIns (3,5) P2 normalmente podría estar en exceso . [13]
El knockout de ArPIKfyve / Vac14 o Sac3 / Fig4 en ratones da como resultado una disminución del 30-50% en los niveles de PtdIns (3,5) P2 y causa una neurodegeneración central masiva y neuropatía periférica similares. [14] [15] Estos estudios sugieren que los niveles reducidos de PtdIns (3,5) P2, por un mecanismo aún por identificar, median la muerte neuronal. Por el contrario, la eliminación de la fosfatasa MTMR2, que también causa neuropatía periférica, se acompaña de una elevación de PtdIns (3,5) P2. [27] Por lo tanto, no está claro si los niveles anormales de PtdIns (3,5) P2 afectan selectivamente las funciones neuronales periféricas y cómo.
Efectores
Los fosfoinosítidos generalmente se ven como señales ancladas a la membrana que reclutan proteínas efectoras citosólicas específicas. Hasta ahora, se han propuesto varias proteínas como efectores potenciales de PtdIns (3,5) P2. Desafortunadamente, las expectativas de que tales efectores se conservarían evolutivamente y compartirían un motivo de unión a PtdIns (3,5) P2 común de alta afinidad siguen sin cumplirse. Por ejemplo, la deleción de Atg18p, una proteína involucrada también en la autofagia en S. cerevisae, causa vacuola agrandada y elevación de 10 veces en PtdIns (3,5) P2. Atg18p se une a PtdIns (3,5) P2 con alta afinidad y especificidad. [28] Sin embargo, a excepción de la autofagia, los ortólogos de mamíferos de Atg18p no comparten funciones similares. [29] Otras dos proteínas de levadura (Ent3p y Ent5p) que se encuentran en las estructuras prevacuolares y endosomales son efectores potenciales de PtdIns (3,5) P2 en la clasificación de MVB. Contienen un dominio ENTH de unión a fosfoinositido y su deleción provoca defectos de clasificación de MVB que se asemejan a los informados para la deleción de Fab1p. [30] Sin embargo, ni Ent3p ni Ent5p poseen especificidad de unión preferencial y de alta afinidad hacia PtdIns (3,5) P2 in vitro. [31] La VPS24 de mamífero (un miembro de la familia de proteínas corporales multivesiculares cargadas (CHMP)) es otro efector putativo de PtdIns (3,5) P2. [32] Por desgracia, las mediciones de resonancia de plasmón de superficie no respaldan el reconocimiento específico o de alta afinidad de PtdIns (3,5) P2 para VPS24 tanto de mamíferos como de levaduras. [31] El canal catiónico transmembrana humano TRPML1 (cuya inactivación genética causa la enfermedad por almacenamiento lisosómico) se ha presentado recientemente como efector PtdIns (3,5) P2, basándose en ensayos de unión in vitro y su capacidad para rescatar el fenotipo de vacuolización en fibroblastos de Ratones knockout para ArPIKfyve / Vac14. [33] Pero la deleción de la proteína ortóloga en la levadura no causa agrandamiento de las vacuolas, [34] lo que arroja dudas sobre la conservación evolutiva de este mecanismo efector. Se necesitan más estudios para validar estos o descubrir efectores PtdIns (3,5) P2 aún desconocidos.
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enlaces externos
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