Las quinasas tipo polo ( Plks ) son serina / treonina quinasas reguladoras del ciclo celular implicadas en la entrada mitótica, la salida mitótica, la formación de huso, la citocinesis y la meiosis. [1] Sólo se encuentra un Plk en los genomas de la mosca de la fruta (Polo), la levadura en ciernes (Cdc5) y la levadura de fisión (Plo1). [1] Sin embargo, los vertebrados tienen muchos miembros de la familia Plk, incluidos Plk1 (Xenopus Plx1), Plk2 / Snk (Xenopus Plx2), Plk3 / Prk / FnK (Xenopus Plx3), Plk4 / Sak y Plk5. [1]De los miembros de la familia Plk de vertebrados, el Plk1 de mamífero ha sido el más estudiado. Durante la mitosis y la citocinesis, Plks se asocia con varias estructuras, incluido el centrosoma, los cinetocoros y el huso central.
Estructura
El dominio catalítico de serina / treonina quinasa de Plk está en el extremo N de la proteína quinasa tipo polo. [1] Un dominio regulador que contiene dos motivos distintivos, conocidos como dominios de caja polo, se encuentra en el extremo C-terminal. [1] El dominio polo-box (PBD) ayuda con la especificidad del sustrato y localiza Plk en estructuras mitóticas específicas durante la mitosis. [1] Estos incluyen los centrosomas en la fase M temprana, la zona media del huso en la anafase temprana y tardía y el cuerpo medio durante la citocinesis. [2]
Regulación
Los plks se controlan a nivel de síntesis y degradación de proteínas, por la acción de las quinasas y fosfatasas aguas arriba, y por la localización en estructuras subcelulares específicas. Los plks se activan por fosforilación dentro de una región corta del dominio catalítico llamado bucle T (o bucle de activación ), con varios sitios de fosforilación de serina / treonina en el bucle identificados. [3] Se ha demostrado que la quinasa quinasa tipo polo 1 (Plkk1) y la proteína quinasa A (PKA) son capaces de fosforilar Plk1 in vitro [4] . El dominio polo-box (PBD) de Plk1 es un motivo de unión a fosfopéptidos. [5] Esto significa que en ausencia de un ligando fosforilado, el PBD interactúa con el dominio catalítico evitando así la unión del sustrato o la activación de la quinasa. La ocupación del PBD por un ligando fosfopéptido exógeno provocaría entonces la liberación del dominio catalítico, que, junto con la fosforilación en el bucle T, convierte Plk en la forma activa. [ cita requerida ] Al salir de la mitosis, los Plks se degradan proteolíticamente a través de la vía ubiquitina-proteasoma después de entrar en contacto con el Complejo Promotor de ubiquitina-ligasa Anaphase Promoting Complex (APC). [6]
Mitosis
Se ha encontrado que Plks coopera con Cdks en la orquestación de la división celular. La entrada en la fase M se controla mediante la activación de la quinasa 1 dependiente de ciclina ( CDK1 ) -ciclina B, y Cdc25 es una fosfatasa que desfosforila Cdk1 para promover la entrada mitótica. Plk1 se une a Cdc25 fosforilado a través de su PBD. [7] Por tanto, Plks puede fosforilar Cdc25 y así regular Cdc25 e indirectamente Cdk1. Un estudio muestra que la fosforilación de un residuo de serina (Ser198) dentro de una señal de exportación nuclear de Cdc25 promueve la acumulación nuclear de Ccdc25 en humanos. [8] El PBD tiene una alta afinidad por las proteínas ya fosforiladas en ciertos sitios de serina / treonina. [3] Esto requiere cebado de sustratos por el propio Plk u otras quinasas como Cdk1 para crear un sitio de acoplamiento. Sin embargo, también podría haber aspectos estructurales independientes de la fosforilación que contribuyan a la unión. Plo1 (el Plk que se encuentra en la levadura de fisión) es parte de un ciclo de retroalimentación positiva que controla la expresión de los genes necesarios para la división celular.
También se ha demostrado que Plk es necesario en la transición G2 / M. La formación de polos del huso necesita Plk1, y algunas proteínas como la gamma-tubulina no logran reclutar polos del huso en ausencia de Plk1 para la maduración del centrosoma. También se han identificado varios otros sustratos de Plk1 potenciales y socios de unión que están implicados en la nucleación y dinámica de los microtúbulos, incluida la proteína catanina que corta los microtúbulos , [9] la proteína TCTP estabilizadora de microtúbulos [10] y la proteína desestabilizadora de microtúbulos estatmina. [11]
Plk también es necesario para la separación exitosa de los cromosomas y la salida de la mitosis. Plk coopera con Cdk1 en el control de varias subunidades APC. [3] La PLK1 humana fosforila el inhibidor mitótico temprano 1 (EMI1), un inhibidor de la APC. [12] El deterioro de la función de Plk generalmente interfiere con el inicio normal de la anafase, lo que indica que Plks contribuye al control de la actividad de APC. Plk1 se asocia con cinetocoros durante la mitosis. En ausencia de la función Plk1, la formación del huso bipolar no se produce y las células se detienen en la prometafase debido a la activación del punto de control del ensamblaje del huso. La función Plk1 puede ser importante para aliviar la señal del punto de control inhibitorio. Si es así, Plk1 podría contribuir a la reanudación de la progresión mitótica en la unión completa de todos los cromosomas al aparato del huso.
Mitosis
Los modelos de moscas y levaduras han revelado que las quinasas Polo coordinan el patrón más complejo de segregación cromosómica en la meiosis. La levadura en ciernes Cdc5 se requiere en la meiosis I para la eliminación de cohesinas de los brazos cromosómicos, para la coorientación de cromosomas homólogos y para la resolución de cruces. [13] Cdc5 (Plk encontrado en levadura en ciernes) fosforila directamente la cohesina meiótica y promueve su disociación de los brazos cromosómicos para permitir la recombinación, pero no de la región centromérica en la meiosis I. En algunas levaduras mutantes cdc5, la unión bipolar en lugar de monopolar de los cinetocoros hermanos ocurren durante la meiosis I porque un complejo de proteínas llamadas monopolinas no se localiza en el cinetocoro. [14]
Citocinesis
La participación de Polo quinasas en el proceso de citocinesis se demostró por primera vez en la levadura de fisión, en la que la sobreexpresión de Plo1 impulsa la tabicación en cualquier etapa del ciclo celular y los mutantes de plo1 no logran tabicarse. [15] Una proteína llamada Mid1 determina dónde se ha demostrado que las formas del anillo contráctil salen del núcleo debido a la fosforilación de Plk. [16] Estudios recientes sobre el papel de Plk1 de mamífero en la citocinesis también han identificado el motor Mklp2 relacionado con la quinesina y el subcomponente NudC de dineína como sustratos potenciales de Plk1 que interactúan con el PBD. [17] Tanto Mklp2 como NudC tienen actividad de proteína motora asociada y ambos se localizan en el huso central. Se ha encontrado que PLK1 fosforila la subunidad CYK4 de spindlin central en la zona media del huso, lo que permite el reclutamiento del factor de intercambio de nucleótidos de guanina Rho (GEF) ECT2 para promover la activación de RhoA y, por lo tanto, la contracción de actomiosina del anillo. [18]
Ver también
Referencias
- ^ a b c d e f Barr, Francis A., Herman HW Silljé y Erich A. Nigg. "Quinasas tipo polo y la orquestación de la división celular". Nature reviews Molecular cell biology 5.6 (2004): 429-441.
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