Una proteína quinasa es una quinasa que modifica selectivamente otras proteínas añadiéndoles fosfatos covalentemente ( fosforilación ) en contraposición a las quinasas que modifican lípidos, carbohidratos u otras moléculas. La fosforilación generalmente da como resultado un cambio funcional de la proteína diana ( sustrato ) al cambiar la actividad enzimática , la ubicación celular o la asociación con otras proteínas. El genoma humano contiene aproximadamente 500 genes de proteína quinasa y constituyen aproximadamente el 2% de todos los genes humanos. [1] Hay dos tipos principales de proteína quinasas, la gran mayoría son serina / treonina quinasas, que fosforilan los grupos hidroxilo de serinas y treoninas en sus dianas y el otro son tirosina quinasas , aunque existen tipos adicionales. [2] Las proteínas quinasas también se encuentran en bacterias y plantas . Hasta un 30% de todas las proteínas humanas pueden ser modificadas por la actividad quinasa, y se sabe que las quinasas regulan la mayoría de las vías celulares, especialmente las implicadas en la transducción de señales .
Actividad quimica
La actividad química de una quinasa implica eliminar un grupo fosfato del ATP y unirlo covalentemente a uno de los tres aminoácidos que tienen un grupo hidroxilo libre . La mayoría de las quinasas actúan tanto sobre la serina como sobre la treonina , otras actúan sobre la tirosina y varias ( quinasas de especificidad dual ) actúan sobre las tres. [3] También hay proteína quinasas que fosforilan otros aminoácidos, incluidas las histidina quinasas que fosforilan residuos de histidina. [4]
Regulación
Debido a que las proteína quinasas tienen efectos profundos en una célula, su actividad está altamente regulada. Las quinasas se activan o desactivan por fosforilación (a veces por la propia quinasa, cis -fosforilación / autofosforilación), mediante la unión de proteínas activadoras o inhibidoras , o moléculas pequeñas, o controlando su ubicación en la célula en relación con sus sustratos.
Estructura
Las subunidades catalíticas de muchas proteína quinasas están muy conservadas y se han resuelto varias estructuras. [5]
Las proteínas quinasas eucariotas son enzimas que pertenecen a una familia muy extensa de proteínas que comparten un núcleo catalítico conservado. [6] [7] [8] [9] Hay una serie de regiones conservadas en el dominio catalítico de las proteínas quinasas. En el extremo N-terminal del dominio catalítico hay un tramo de residuos rico en glicina en las proximidades de un aminoácido lisina , que se ha demostrado que está implicado en la unión de ATP. En la parte central del dominio catalítico, hay un ácido aspártico conservado , que es importante para la actividad catalítica de la enzima. [10]
Proteínas quinasas específicas de serina / treonina
Las proteína quinasas serina / treonina ( EC 2.7.11.1 ) fosforilan el grupo OH de la serina o treonina (que tienen cadenas laterales similares). La actividad de estas proteína quinasas puede regularse por eventos específicos (p. Ej., Daño al ADN), así como numerosas señales químicas, que incluyen cAMP / cGMP , diacilglicerol y Ca 2+ / calmodulina . Un grupo muy importante de proteína quinasas son las MAP quinasas (acrónimo de: "proteína quinasas activadas por mitógenos"). Los subgrupos importantes son las quinasas de la subfamilia ERK, normalmente activadas por señales mitogénicas, y las proteínas quinasas activadas por estrés JNK y p38. Si bien las MAP quinasas son específicas de serina / treonina, se activan mediante fosforilación combinada en residuos de serina / treonina y tirosina. La actividad de las MAP quinasas está restringida por una serie de proteínas fosfatasas, que eliminan los grupos fosfato que se añaden a residuos específicos de serina o treonina de la quinasa y son necesarios para mantener la quinasa en una conformación activa. Dos factores principales influyen en la actividad de las MAP quinasas: a) señales que activan los receptores transmembrana (ya sean ligandos naturales o agentes reticulantes) y proteínas asociadas con ellos (mutaciones que simulan el estado activo) b) señales que inactivan las fosfatasas que restringen una MAP quinasa determinada. Tales señales incluyen estrés oxidativo. [11]
Proteínas quinasas específicas de tirosina
Las proteínas quinasas específicas de tirosina ( EC 2.7.10.1 y EC 2.7.10.2 ) fosforilan residuos de aminoácidos de tirosina, y se usan quinasas específicas de serina / treonina similares en la transducción de señales . Actúan principalmente como receptores de factores de crecimiento y en la señalización descendente de los factores de crecimiento; [12] algunos ejemplos:
- Receptor del factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGFR)
- Receptor del factor de crecimiento epidérmico (EGFR) [13]
- Receptor de insulina y receptor del factor de crecimiento 1 similar a la insulina (IGF1R)
- Receptor del factor de células madre (SCF) (también llamado c-kit , consulte el artículo sobre el tumor del estroma gastrointestinal ).
Tirosina quinasas receptoras
Estas quinasas consisten en un receptor transmembrana con un dominio de tirosina quinasa que sobresale hacia el citoplasma . Desempeñan un papel importante en la regulación de la división celular , la diferenciación celular y la morfogénesis . Se conocen más de 50 receptores de tirosina quinasas en mamíferos.
Estructura
El dominio extracelular sirve como parte de la molécula que se une al ligando . Puede ser una unidad separada que se une al resto del receptor mediante un enlace disulfuro . Se puede usar el mismo mecanismo para unir dos receptores para formar un homo o heterodímero . El elemento transmembrana es una única hélice α. El dominio intracelular o citoplasmático es responsable de la actividad quinasa (altamente conservada), así como de varias funciones reguladoras.
Regulación
La unión del ligando provoca dos reacciones:
- Dimerización de dos quinasas receptoras monoméricas o estabilización de un dímero suelto. Muchos ligandos de receptores de tirosina quinasas son multivalentes . Algunas quinasas receptoras de tirosina (p. Ej., El receptor del factor de crecimiento derivado de plaquetas ) pueden formar heterodímeros con otras quinasas similares pero no idénticas de la misma subfamilia, lo que permite una respuesta muy variada a la señal extracelular.
- Trans -autophosphorylation (fosforilación por la otra quinasa en el dímero) de la quinasa.
La autofosforilación hace que los dos subdominios de la quinasa intrínseca se desplacen, abriendo el dominio de la quinasa para la unión de ATP. En la forma inactiva, los subdominios de quinasa están alineados de modo que el ATP no puede alcanzar el centro catalítico de la quinasa. Cuando están presentes varios aminoácidos adecuados para la fosforilación en el dominio quinasa (por ejemplo, el receptor del factor de crecimiento similar a la insulina), la actividad de la quinasa puede aumentar con el número de aminoácidos fosforilados; en este caso, se dice que la primera fosforilación es una cis -autofosforilación, cambiando la quinasa de "desactivada" a "en espera".
Transducción de señales
La tirosina quinasa activa fosforila proteínas diana específicas, que a menudo son enzimas en sí mismas. Un objetivo importante es la cadena de transducción de señales de la proteína ras .
Tirosina quinasas asociadas a receptores
Las tirosina quinasas reclutadas en un receptor después de la unión de la hormona son tirosina quinasas asociadas al receptor y están involucradas en varias cascadas de señalización, en particular aquellas involucradas en la señalización de citocinas (pero también otras, incluida la hormona del crecimiento ). Una de estas tirosina quinasas asociadas a receptores es la quinasa Janus (JAK), muchos de cuyos efectos están mediados por proteínas STAT . ( Consulte la vía JAK-STAT ) .
Proteínas quinasas específicas de histidina
Las histidina quinasas son estructuralmente distintas de la mayoría de las otras proteínas quinasas y se encuentran principalmente en procariotas como parte de los mecanismos de transducción de señales de dos componentes. Primero se agrega un grupo fosfato de ATP a un residuo de histidina dentro de la quinasa y luego se transfiere a un residuo de aspartato en un "dominio receptor" en una proteína diferente, o algunas veces en la quinasa misma. El residuo de fosfato de aspartilo es entonces activo en la señalización.
Las histidina quinasas se encuentran ampliamente en procariotas, así como en plantas, hongos y eucariotas. La familia de quinasas piruvato deshidrogenasa en animales está relacionada estructuralmente con histidina quinasas, pero en su lugar fosforila residuos de serina y probablemente no use un intermedio de fosfohistidina.
Proteínas cinasas específicas de ácido aspártico / ácido glutámico
Quinasas mixtas
Algunas quinasas tienen actividades de quinasas mixtas. Por ejemplo, MEK (MAPKK), que está involucrada en la cascada de MAP quinasa , es una mezcla de serina / treonina y tirosina quinasa y, por lo tanto, es una quinasa de especificidad dual .
Inhibidores
La actividad quinasa desregulada es una causa frecuente de enfermedad, en particular cáncer, en la que las quinasas regulan muchos aspectos que controlan el crecimiento, el movimiento y la muerte celular. Se están desarrollando medicamentos que inhiben quinasas específicas para tratar varias enfermedades, y algunos se encuentran actualmente en uso clínico, incluidos Gleevec ( imatinib ) e Iressa ( gefitinib ).
- Antra (1,9-cd) pirazol-6 (2H) -ona
- Estaurosporina
Ensayos y perfiles de quinasa
Los desarrollos de fármacos para los inhibidores de quinasas se inician a partir de ensayos de quinasas , los compuestos principales generalmente se perfilan para determinar su especificidad antes de pasar a pruebas adicionales. Hay muchos servicios de elaboración de perfiles disponibles, desde ensayos basados en fluorescentes hasta detecciones basadas en radioisótopos y ensayos de unión competitiva .
Referencias
Bibliografía
- Evolución de la señalización de la proteína quinasa de la levadura al hombre (pdf)
- Una revisión sobre los inhibidores de las proteínas quinasas de transducción de señales como dianas para la terapia del cáncer
Notas
- ^ Manning G, Whyte DB, Martinez R, Hunter T, Sudarsanam S (2002). "El complemento de la proteína quinasa del genoma humano". Ciencia . 298 (5600): 1912-1934. doi : 10.1126 / science.1075762 . PMID 12471243 . S2CID 26554314 .
- ^ Alberts, Bruce. Biología molecular de la célula (Sexta ed.). Nueva York. págs. 819–820. ISBN 978-0-8153-4432-2. OCLC 887605755 .
- ^ Dhanasekaran N, Premkumar Reddy E (septiembre de 1998). "Señalización por quinasas de especificidad dual" . Oncogén . 17 (11 Reseñas): 1447–55. doi : 10.1038 / sj.onc.1202251 . PMID 9779990 .
- ^ Besant PG, Tan E, Attwood PV (marzo de 2003). "Histidina quinasas de proteína de mamífero". En t. J. Biochem. Cell Biol. 35 (3): 297-309. doi : 10.1016 / S1357-2725 (02) 00257-1 . PMID 12531242 .
- ^ Stout TJ, Foster PG, Matthews DJ (2004). "Biología estructural de alto rendimiento en el descubrimiento de fármacos: proteína quinasas" . Curr. Pharm. Des . 10 (10): 1069–82. doi : 10.2174 / 1381612043452695 . PMID 15078142 .
- ^ Hanks SK (2003). "Análisis genómico de la superfamilia de proteína quinasa eucariota: una perspectiva" . Genome Biol . 4 (5): 111. doi : 10.1186 / gb-2003-4-5-111 . PMC 156577 . PMID 12734000 .
- ^ Hanks SK, Hunter T (mayo de 1995). "Proteína quinasas 6. La superfamilia de proteína quinasa eucariota: estructura y clasificación del dominio de quinasa (catalítica)" . FASEB J . 9 (8): 576–96. doi : 10.1096 / fasebj.9.8.7768349 . PMID 7768349 .
- ^ Hunter T (1991). "Clasificación de proteína quinasa". Meth. Enzymol . Métodos en enzimología. 200 : 3-37. doi : 10.1016 / 0076-6879 (91) 00125-G . ISBN 9780121821012. PMID 1835513 .
- ^ Hanks SK, Quinn AM (1991). "Base de datos de secuencia de dominio catalítico de proteína quinasa: identificación de características conservadas de estructura primaria y clasificación de miembros de la familia". Meth. Enzymol . Métodos en enzimología. 200 : 38–62. doi : 10.1016 / 0076-6879 (91) 00126-H . ISBN 9780121821012. PMID 1956325 .
- ^ Knighton DR, Zheng JH, Ten Eyck LF, Ashford VA, Xuong NH, Taylor SS, Sowadski JM (julio de 1991). "Estructura cristalina de la subunidad catalítica de la proteína quinasa dependiente de monofosfato de adenosina cíclico". Ciencia . 253 (5018): 407–14. doi : 10.1126 / science.1862342 . PMID 1862342 .
- ↑ Vlahopoulos S, Zoumpourlis VC. JNK: un modulador clave de la señalización intracelular. Bioquímica (Mosc). Agosto de 2004; 69 (8): 844-54. Revisar. PMID: 15377263
- ^ Higashiyama S, Iwabuki H, Morimoto C, Hieda M, Inoue H, Matsushita N. Factores de crecimiento anclados a membrana, la familia de factores de crecimiento epidérmico: más allá de los ligandos del receptor. Cancer Sci. Febrero de 2008; 99 (2): 214-20. Revisar. PMID: 18271917
- ^ Carpenter G. El receptor EGF: un nexo para el tráfico y la señalización. Bioensayos. Agosto de 2000; 22 (8): 697-707. Revisar. PMID: 10918300
enlaces externos
- Proteínas quinasas humanas y de ratón en UniProt: clasificación e índice
- Kinase.Com : Genómica, evolución y análisis a gran escala de proteína quinasas (no comercial).
- KinMutBase: un registro de mutaciones que causan enfermedades en dominios de proteína quinasa
- El kinoma humano de Manning et al.
- Base de datos de KLIFS (huellas dactilares y estructuras de interacción quinasa-ligando): análisis de estructuras de quinasa e interacciones de inhibidor de quinasa
- Orientaciones de dominios C1 de proteína quinasas en membranas
- Orientaciones de los dominios C2 de las proteínas quinasas en las membranas