Mecanismos de proteolisis intracelular: la necesidad de destruir
La degradación de proteínas en el interior celular desempeña importantes funciones, ya sea por la modulación de los niveles intracelulares de proteínas específicas como por la eliminación de proteínas aberrantes. Durante mucho tiempo los procesos de degradación de los biopolímeros han sido considerados más una curiosidad que unos mecanismos vitales en la homeostasis celular. Actualmente se sabe que en la degradación de determinadas proteínas se encuentra el punto de control de diversos procesos biológicos, algunos tan fundamentales como la progresión del ciclo celular. Existen evidencias de proteínas degradadas en las mitocondrias, en los cloroplastos, en el lumen del retículo endoplásmico y en endosomas; sin embargo, los dos sistemas principales de proteolisis caracterizados se encuentran en el citosol y en los lisosomas. Se sabe que las proteínas pertenecientes a membranas intracelulares así como a la membrana plásmatica suelen ser degradadas por el sistema lisosomal. Las proteínas nucleares parecen ser degradadas fuera del núcleo por mecanismos lisosomales y no-lisosomales. Aquellas proteínas citosólicas con un recambio elevado (esto es, con una vida media corta: entre 10 y 120 minutos) suelen ser degradadas en el citosol por alguno de los sistemas proteolíticos existentes, mientras que la mayoría de las proteínas de larga vida media (24-72 horas como media) son probablemente llevadas al lisosoma. Hay diversos mecanismos responsables del transporte de proteínas desde el citosol al lisosoma, en un proceso que globalmente se conoce como autofagia. Las proteínas extracelulares también pueden ser degradadas en el lisosoma tras la entrada al interior celular por pinocitosis, fagocitosis o endocitosis mediada por receptor, para formar vesículas intracelulares que se fusionarán con los lisosomas.
Señales para la proteolisis.
En todas las ocasiones, la célula debe reconocer a aquellas proteínas que por una causa u otra han de ser degradadas. Se han encontrado distintas señales proteolíticas:
1. La regla del extremo amino ('N-end rule'): las proteínas de eucariotas cuando son sintetizadas siempre presentan en su extremo amino un residuo de metionina. Posteriormente, esta metionina inicial puede ser retirada dejando otro aminoácido como cabeza del extremo amino. En levaduras se ha comprobado que existen una serie de aminoácidos desestabilizantes (fundamentalmente los básicos, ácidos e hidrofóbicos) y otros aminoácidos estabilizantes. Además, parece que la mayoría de las proteínas citosólicas maduras llevan el extremo amino bloqueado por acetilación.
2. Secuencias PEST: son un motivo proteico que se encuentra en un gran número de proteínas de corta vida media. Estas regiones se caracterizan por ser ricas en residuos de prolina (P), glutamato/aspartato (E/D), serina (S) y treonina (T) flanqueadas por aminoácidos básicos. Las secuencias PEST se encuentran en enzimas claves del control metabólico, en factores de transcripción, en proteínas quinasas, fosfatasas y en ciclinas.
3. Ciclinas y Cajas de destrucción: las ciclinas son proteínas relacionadas con el control del ciclo celular de eucariotas que han de ser degradadas para que la célula continúe desde metafase a anafase; se trata de una degradación muy controlada, dependiente de un paso previo de 'marcado' de la ciclina con un polipéptido llamado ubiquitina (ver más adelante). En todas las ciclinas se ha localizado una secuencia señal (caja de destrucción) formada por 9 aminoácidos (RAALGNISN) que se encuentra presente entre los residuos 13 y 66 de la secuencia proteica.
4. Motivos KFERQ: son secuencias peptídicas que marcan proteínas citosólicas para la proteolisis lisosomal, siendo este motivo una de las señales para que las proteínas entren en los lisosomas. Esta secuencia hace susceptibles de degradación lisosomal a aquellas proteínas que la presentan en ciertas condiciones de estrés, como puede ser la retirada del suero en células en cultivo o en tejidos y organismos en inanición.
Sistemas de proteolisis intracelular.
1. Lisosomas: son orgánulos celulares que contienen una gran variedad de enzimas hidrolíticas capaces de degradar las distintas macromoléculas de la célula. Sus enzimas pertenecen a dos tipos generales: endoproteasas y exopeptidasas (tanto carboxi- como aminopeptidasas) que en conjunto reducen las proteínas a pequeños péptidos. Una característica de los lisosomas es el bajo valor de pH en su interior, al cual todas estas proteasas son especialmente activas.
2. Ubiquitinación: funciona como un sistema unificador de la degradación de proteínas, es decir, entre las proteínas se presentan distintas señales para la proteolisis pero muchas de ellas requieren la unión previa de la ubiquitina para que ocurra el paso final de la degradación. La ubiquitina es un polipéptido de 76 aminoácidos que sólo se conoce en eucariotas y que se une a las proteínas que va a marcar para su degradación mediante un enlace isopeptídico con un residuo de lisina determinado. La unión de la ubiquitina al sustrato requiere de una serie de pasos catalizados por tres enzimas: primero se produce la activación de la ubiquitina por la enzima E1, seguidamente la enzima E2 (proteína transportadora de ubiquitina) se encarga de transferir la ubiquitina activada desde E1 hasta el sustrato que está ligado a la enzima E3 (ubiquitina-proteína ligasa). Las proteínas que van a ser degradadas pueden encontrarse monoubiquitinadas o poliubiquitinadas.
3. Calpaínas: son una familia de proteasas dependientes de calcio relacionadas con el procesamiento de numerosas enzimas y proteínas del citoesqueleto. El control de la actividad de estas proteasas está determinado por las concentraciones de calcio y por la presencia de calpastatina (que por el momento es el único inhibidor endógeno conocido). La calpaína completa es una molécula heterodimérica de 80 kDa. El monómero mayor es de 50 kDa, presenta el dominio que produce la proteolisis y es variable según la calpaína, mientras que el monómero de 30 kDa es la subunidad reguladora y está conservada en todas las calpaínas.
4. Proteosoma 26S: de manera simplificada, el proteosoma 26S es un complejo multicatalítico constituido por el proteosoma 20S y dos partículas 19S. El proteosoma 20S es una estructura cilíndrica compuesta por numerosas subunidades de bajo peso molecular ensambladas en cuatro anillos; se trata del cuerpo catalítico del complejo. Las partículas 19S contienen cada una cinco ATPasas diferentes y un sitio de unión para las cadenas de ubiquitina. Estas partículas se sitúan en los extremos del complejo y se piensa que son las responsables de cambiar la conformación de las proteínas y dirigirlas al interior del proteosoma. Se conocen una gran variedad de sustratos del proteosoma 26S, relacionados con muy diversos procesos celulares: proliferación y diferenciación celular, regulación metabólica, control del ciclo celular, respuesta al estrés y eliminación de proteínas anormales. Todos estos sustratos, con la notable excepción de la ornitina descarboxilasa, tienen en común el que necesitan ser ubiquitinados antes de ser degradados en el proteosoma. La ornitina descarboxilasa es la enzima limitante en la síntesis de las poliaminas (cationes orgánicos esenciales para la viabilidad celular). Cuando las concentraciones intracelulares de las poliaminas exceden el 'umbral permitido', se activa la traducción de un inhibidor específico llamado antizima; esta proteína se une a la ornitina descarboxilasa de manera que queda expuesta la secuencia PEST presente en el extremo carboxilo de la enzima, siendo, entonces, reconocida por el 'túnel de degradación'.
Señales para la proteolisis.
En todas las ocasiones, la célula debe reconocer a aquellas proteínas que por una causa u otra han de ser degradadas. Se han encontrado distintas señales proteolíticas:
1. La regla del extremo amino ('N-end rule'): las proteínas de eucariotas cuando son sintetizadas siempre presentan en su extremo amino un residuo de metionina. Posteriormente, esta metionina inicial puede ser retirada dejando otro aminoácido como cabeza del extremo amino. En levaduras se ha comprobado que existen una serie de aminoácidos desestabilizantes (fundamentalmente los básicos, ácidos e hidrofóbicos) y otros aminoácidos estabilizantes. Además, parece que la mayoría de las proteínas citosólicas maduras llevan el extremo amino bloqueado por acetilación.
2. Secuencias PEST: son un motivo proteico que se encuentra en un gran número de proteínas de corta vida media. Estas regiones se caracterizan por ser ricas en residuos de prolina (P), glutamato/aspartato (E/D), serina (S) y treonina (T) flanqueadas por aminoácidos básicos. Las secuencias PEST se encuentran en enzimas claves del control metabólico, en factores de transcripción, en proteínas quinasas, fosfatasas y en ciclinas.
3. Ciclinas y Cajas de destrucción: las ciclinas son proteínas relacionadas con el control del ciclo celular de eucariotas que han de ser degradadas para que la célula continúe desde metafase a anafase; se trata de una degradación muy controlada, dependiente de un paso previo de 'marcado' de la ciclina con un polipéptido llamado ubiquitina (ver más adelante). En todas las ciclinas se ha localizado una secuencia señal (caja de destrucción) formada por 9 aminoácidos (RAALGNISN) que se encuentra presente entre los residuos 13 y 66 de la secuencia proteica.
4. Motivos KFERQ: son secuencias peptídicas que marcan proteínas citosólicas para la proteolisis lisosomal, siendo este motivo una de las señales para que las proteínas entren en los lisosomas. Esta secuencia hace susceptibles de degradación lisosomal a aquellas proteínas que la presentan en ciertas condiciones de estrés, como puede ser la retirada del suero en células en cultivo o en tejidos y organismos en inanición.
Sistemas de proteolisis intracelular.
1. Lisosomas: son orgánulos celulares que contienen una gran variedad de enzimas hidrolíticas capaces de degradar las distintas macromoléculas de la célula. Sus enzimas pertenecen a dos tipos generales: endoproteasas y exopeptidasas (tanto carboxi- como aminopeptidasas) que en conjunto reducen las proteínas a pequeños péptidos. Una característica de los lisosomas es el bajo valor de pH en su interior, al cual todas estas proteasas son especialmente activas.
2. Ubiquitinación: funciona como un sistema unificador de la degradación de proteínas, es decir, entre las proteínas se presentan distintas señales para la proteolisis pero muchas de ellas requieren la unión previa de la ubiquitina para que ocurra el paso final de la degradación. La ubiquitina es un polipéptido de 76 aminoácidos que sólo se conoce en eucariotas y que se une a las proteínas que va a marcar para su degradación mediante un enlace isopeptídico con un residuo de lisina determinado. La unión de la ubiquitina al sustrato requiere de una serie de pasos catalizados por tres enzimas: primero se produce la activación de la ubiquitina por la enzima E1, seguidamente la enzima E2 (proteína transportadora de ubiquitina) se encarga de transferir la ubiquitina activada desde E1 hasta el sustrato que está ligado a la enzima E3 (ubiquitina-proteína ligasa). Las proteínas que van a ser degradadas pueden encontrarse monoubiquitinadas o poliubiquitinadas.
3. Calpaínas: son una familia de proteasas dependientes de calcio relacionadas con el procesamiento de numerosas enzimas y proteínas del citoesqueleto. El control de la actividad de estas proteasas está determinado por las concentraciones de calcio y por la presencia de calpastatina (que por el momento es el único inhibidor endógeno conocido). La calpaína completa es una molécula heterodimérica de 80 kDa. El monómero mayor es de 50 kDa, presenta el dominio que produce la proteolisis y es variable según la calpaína, mientras que el monómero de 30 kDa es la subunidad reguladora y está conservada en todas las calpaínas.
4. Proteosoma 26S: de manera simplificada, el proteosoma 26S es un complejo multicatalítico constituido por el proteosoma 20S y dos partículas 19S. El proteosoma 20S es una estructura cilíndrica compuesta por numerosas subunidades de bajo peso molecular ensambladas en cuatro anillos; se trata del cuerpo catalítico del complejo. Las partículas 19S contienen cada una cinco ATPasas diferentes y un sitio de unión para las cadenas de ubiquitina. Estas partículas se sitúan en los extremos del complejo y se piensa que son las responsables de cambiar la conformación de las proteínas y dirigirlas al interior del proteosoma. Se conocen una gran variedad de sustratos del proteosoma 26S, relacionados con muy diversos procesos celulares: proliferación y diferenciación celular, regulación metabólica, control del ciclo celular, respuesta al estrés y eliminación de proteínas anormales. Todos estos sustratos, con la notable excepción de la ornitina descarboxilasa, tienen en común el que necesitan ser ubiquitinados antes de ser degradados en el proteosoma. La ornitina descarboxilasa es la enzima limitante en la síntesis de las poliaminas (cationes orgánicos esenciales para la viabilidad celular). Cuando las concentraciones intracelulares de las poliaminas exceden el 'umbral permitido', se activa la traducción de un inhibidor específico llamado antizima; esta proteína se une a la ornitina descarboxilasa de manera que queda expuesta la secuencia PEST presente en el extremo carboxilo de la enzima, siendo, entonces, reconocida por el 'túnel de degradación'.
Genes conservadores para morfologías revolucionarias
Durante más de tres mil quinientos millones de años los procariotas han desarrollado capacidades metabólicas sorprendentemente diversas, pero dentro de una muy limitada variación morfológica. En cambio los eucariotas, sobre todo los pluricelulares, han apostado por un conservadurismo notable en los procesos celulares y las funciones de sus proteínas, desplegando, al mismo tiempo, una extraordinaria variedad de morfologías. En los animales, la gran diversificación de planes de organización corporal está muy relacionada con alteraciones en los programas de regulación genética que controlan la morfogénesis. En estos programas juegan un papel fundamental los factores de transcripción que contienen homeodominios, secuencias de aminoácidos características, muy conservadas, que interaccionan con el DNA. Son codificados por genes homeobox u homeóticos, así llamados porque determinadas mutaciones causan que un segmento corporal determinado pierda su identidad y se asemeje a otro (homeo=similar). Las funciones de los genes homeóticos suelen estar conservadas en diferentes organismos de forma sorprendente. Ya tuvimos ocasión de referirnos en estas páginas a un fascinante ejemplo de conservación de función, la del gen Pax-6/Eyeless que controla el desarrollo de los ojos en la drosófila y el ratón [Encuentros en la Biología, 23, 5-6 (1995)].
Tres genes homeóticos de los que vamos a hablar ahora son orthodenticle, distal-less y engrailed. El primero de ellos parece desempeñar un papel importante en la especificación de las estructuras cefálicas más anteriores tanto en artrópodos como en vertebrados. Distal-less es esencial en la morfogénesis de los apéndices en los artrópodos. Como su nombre indica, su mutación trunca el desarrollo de la parte distal. Engrailed interviene en la determinación de la polaridad antero-posterior de los segmentos corporales y de los primordios de los apéndices, así como en neurogénesis. La cuestión es, ¿cuál podría ser el papel jugado por estos tres genes reguladores en el desarrollo de animales que no tienen cabeza, ni apéndices articulados, ni segmentos corporales? Podríamos esperar que ninguno, es decir, que en semejantes animales no llegarían a expresarse genes reguladores con funciones tan específicas y tan conservadas.
Esto es lo que han querido comprobar dos investigadores de la Universidad del Estado de Nueva York, quienes tuvieron la feliz idea de localizar la expresión de orthodenticle, distal-lessy engrailed en larvas de distintos equinodermos [Lowe y Wray Nature, 389:718 (1997)]. Los equinodermos (erizos, estrellas de mar, ofiuras y holoturias) se caracterizan por una simetría radial pentámera (con cinco planos de simetría), sin cabeza definida, sin metamería (segmentación) y con un sistema locomotor característico, basado en canales llenos de agua a presión de los que emergen pequeños tubos denominados pies ambulacrales. Pues bien, a pesar de carecer de cabeza, segmentos corporales y apéndices locomotores complejos, los tres genes homeóticos se expresan en las larvas de los equinodermos de forma muy particular.
Orthodenticle y distal-less se expresan en los pies ambulacrales y en los tentáculos bucales de las holoturias (que son pies ambulacrales modificados). Distal-less, además, se expresa en el rudimento imaginal de los erizos de mar, es decir, en la porción de la larva (que tiene simetría bilateral) en la que se define el plan corporal pentámero y las primeras estructuras del adulto. Curiosamente esto no sucede en los otros equinodermos. También se detectó expresión de distal-less en el extremo de las espinas de los erizos en desarrollo. Engrailed, en las ofiuras, se expresaba en los límites de las placas esqueléticas en desarrollo.
Parece claro que, en el desarrollo de equinodermos, los tres genes juegan papeles completamente diferentes a los que desempeñan en el desarrollo de artrópodos o vertebrados. En términos técnicos se dice que ha habido un 'reclutamiento' de los genes para ejercer funciones específicas. Dicho de otra manera, las dianas de los factores de transcripción que codifican los genes homeóticos estudiados son diferentes en los equinodermos y en los otros phyla, por lo que ponen en marcha procesos morfogenéticos diferentes. Como los autores del artículo señalan, siempre se suele insistir en las coincidencias en los patrones de expresión de los genes homeóticos en organismos tan distantes como la drosófila y el ratón, es decir, en la conservación evolutiva de sus funciones. Sin embargo, es posible que buena parte de la extraordinaria diversidad de la arquitectura animal tenga mucho que ver con la modificación, por reclutamiento, de las funciones de los genes reguladores del desarrollo.
Tres genes homeóticos de los que vamos a hablar ahora son orthodenticle, distal-less y engrailed. El primero de ellos parece desempeñar un papel importante en la especificación de las estructuras cefálicas más anteriores tanto en artrópodos como en vertebrados. Distal-less es esencial en la morfogénesis de los apéndices en los artrópodos. Como su nombre indica, su mutación trunca el desarrollo de la parte distal. Engrailed interviene en la determinación de la polaridad antero-posterior de los segmentos corporales y de los primordios de los apéndices, así como en neurogénesis. La cuestión es, ¿cuál podría ser el papel jugado por estos tres genes reguladores en el desarrollo de animales que no tienen cabeza, ni apéndices articulados, ni segmentos corporales? Podríamos esperar que ninguno, es decir, que en semejantes animales no llegarían a expresarse genes reguladores con funciones tan específicas y tan conservadas.
Esto es lo que han querido comprobar dos investigadores de la Universidad del Estado de Nueva York, quienes tuvieron la feliz idea de localizar la expresión de orthodenticle, distal-lessy engrailed en larvas de distintos equinodermos [Lowe y Wray Nature, 389:718 (1997)]. Los equinodermos (erizos, estrellas de mar, ofiuras y holoturias) se caracterizan por una simetría radial pentámera (con cinco planos de simetría), sin cabeza definida, sin metamería (segmentación) y con un sistema locomotor característico, basado en canales llenos de agua a presión de los que emergen pequeños tubos denominados pies ambulacrales. Pues bien, a pesar de carecer de cabeza, segmentos corporales y apéndices locomotores complejos, los tres genes homeóticos se expresan en las larvas de los equinodermos de forma muy particular.
Orthodenticle y distal-less se expresan en los pies ambulacrales y en los tentáculos bucales de las holoturias (que son pies ambulacrales modificados). Distal-less, además, se expresa en el rudimento imaginal de los erizos de mar, es decir, en la porción de la larva (que tiene simetría bilateral) en la que se define el plan corporal pentámero y las primeras estructuras del adulto. Curiosamente esto no sucede en los otros equinodermos. También se detectó expresión de distal-less en el extremo de las espinas de los erizos en desarrollo. Engrailed, en las ofiuras, se expresaba en los límites de las placas esqueléticas en desarrollo.
Parece claro que, en el desarrollo de equinodermos, los tres genes juegan papeles completamente diferentes a los que desempeñan en el desarrollo de artrópodos o vertebrados. En términos técnicos se dice que ha habido un 'reclutamiento' de los genes para ejercer funciones específicas. Dicho de otra manera, las dianas de los factores de transcripción que codifican los genes homeóticos estudiados son diferentes en los equinodermos y en los otros phyla, por lo que ponen en marcha procesos morfogenéticos diferentes. Como los autores del artículo señalan, siempre se suele insistir en las coincidencias en los patrones de expresión de los genes homeóticos en organismos tan distantes como la drosófila y el ratón, es decir, en la conservación evolutiva de sus funciones. Sin embargo, es posible que buena parte de la extraordinaria diversidad de la arquitectura animal tenga mucho que ver con la modificación, por reclutamiento, de las funciones de los genes reguladores del desarrollo.
Hay uniones que matan... (Historias de CREB)
Los seres vivos son sistemas termodinámicamente abiertos en continuo intercambio de materia, energía e información con el medio. Una manifestación de los flujos de información dentro de la célula y entre ésta y su entorno es la que constituyen los mecanismos de «transducción» de señales, en los que participan primeros y segundos mensajeros y máquinas moleculares que «transducen» señales, de acuerdo con la terminología introducida por Bourne [Symposia in Quantitative Biology 58:1019-1031 (1988)]. Los primeros mensajeros son la señales (físicas o químicas) extracelulares que inducen alguna(s) respuesta(s) en la célula diana; así definidos, pueden incluirse en la lista de primeros mensajeros las hormonas, factores de crecimiento, neurotransmisores, citoquinas o quimioquinas, pero también la luz o cualquier tipo de estrés mecánico o térmico. Las máquinas moleculares que «transducen» señalesson proteínas que funcionan como receptores, proteínas G, enzimas productoras o eliminadoras de segundos mensajeros, proteínquinasas, fosfoproteín fosfatasas y factores de transcripción. Los segundos mensajeros son biomoléculas pequeñas e iones cuyas concentraciones cambian como respuesta a un estímulo y dan lugar a la transmisión en cascada de una señal hasta generar algún tipo de respuesta final. Son segundos mensajeros los iones calcio y los protones, los nucleótidos cíclicos y una larga serie de compuestos lipídicos derivados de los fosfolípidos de membranas.
El primer compuesto descrito como segundo mensajero fue el cAMP, gracias a los trabajos pioneros de Sutherland en los años cincuenta. Este autor estaba interesado en estudiar cómo la adrenalina estimula los hepatocitos para que liberen glucosa. Sutherland pudo demostrar que, entre la unión de la hormona a su receptor y la posterior liberación de glucosa, se dan varios pasos intermedios que implican el control del metabolismo del glucógeno mediante reacciones de fosforilación desfosforilación y que las fosforilaciones son estimuladas por una pequeña molécula que, posteriormente, pudo ser identificada como el cAMP. Actualmente, se sabe que el cAMP se forma por acción de una cascada de transmisión de señales que implica a las proteínas G heterotriméricas [ver Encuentros en la Biología 18 (1994)]. El cAMP activa una quinasa multifuncional, denominada proteínquinasa A (PK-A), que consta de dos subunidades reguladoras (R) y dos catalíticas (C). En ausencia de cAMP, la PK-A se encuentra formando el heterocomplejo R2C2, que es inactivo. Cuando se forma cAMP, se liga a las subunidades reguladoras, induciendo un cambio conformacional que libera las subunidades catalíticas activas.
El cAMP también induce efectos a más largo plazo mediante la activación transcripcional de diversos genes. En los eucariotas «superiores», los efectos del cAMP sobre la transcripción están mediados por proteínas que contienen dominios en cremallera de leucina. Los genes controlables transcripcionalmente por cAMP contienen un motivo consenso palindrómico 5'-TGACGTCA-3', conocido como elemento de respuesta al cAMP (CRE). La proteína que se une a esta secuencia diana es el homodímero CREB, formado por dos cadena idénticas de 43 kDa. El extremo carboxilo de CREB contiene una cremallera de leucina que es necesaria para la dimerización y la unión a la secuencia CRE, activando la transcripción del gen diana. Además, CREB tiene un dominio de transactivación que contiene varias regiones independientes, incluída la que se ha identificado como «dominio inducible por quinasas», el cual contiene sitios de fosforilación consenso para varias quinasas, incluida PK-A. De hecho, un mecanismo de la activación transcripcional por CREB es la fosforilación de su residuo Ser-133 por la subunidad catalítica de PK-A. CREB también puede ser fosforilada por otras serina/treonina quinasas, tales como las PK-C, las quinasas dependientes de calcio y calmodulina CaMK-I, CaMK-II y CaMK-IV, la p105 quinasa dependiente de ras, p90rsk y Rsk-2. Las fosforilaciones de CREB alteran la conformación de su dominio de transactivación, incrementando así su interacción con la maquinaria transcripcional.
Es bien conocida la participación de CREB en la regulación hormonal del metabolismo glucídico. En concreto, como respuesta al primer mensajero glucagón se activa una cadena de «transducción» de señales en los hepatocitos que conduce a la activación transcripcional por CREB del gen que codifica la fosfoenolpiruvato carboxiquinasa, una de las enzimas reguladoras de la gluconeogénesis.
Recientemente, se ha demostrado que la expresión de CREB se relaciona directamente con el potencial metastásico de melanomas murinos. De hecho, la sobreexpresión de una CREB mutada en su dominio de unión a CRE en células de melanoma metastásico consiguió disminuir su tumorigenicidad y su potencial metastásico en ratones atímicos desnudos [Xie et al.,Oncogene 15:2069-2075 (1997)].
En conclusión, la unión de CREB a regiones CRE del DNA es un evento clave en la regulación transcripcional de diversos genes implicados en importantes procesos, aunque hay activaciones transcripcionales nada deseables, como es el caso descrito para los melanomas murinos. ¡Y es que hay uniones que matan!
El primer compuesto descrito como segundo mensajero fue el cAMP, gracias a los trabajos pioneros de Sutherland en los años cincuenta. Este autor estaba interesado en estudiar cómo la adrenalina estimula los hepatocitos para que liberen glucosa. Sutherland pudo demostrar que, entre la unión de la hormona a su receptor y la posterior liberación de glucosa, se dan varios pasos intermedios que implican el control del metabolismo del glucógeno mediante reacciones de fosforilación desfosforilación y que las fosforilaciones son estimuladas por una pequeña molécula que, posteriormente, pudo ser identificada como el cAMP. Actualmente, se sabe que el cAMP se forma por acción de una cascada de transmisión de señales que implica a las proteínas G heterotriméricas [ver Encuentros en la Biología 18 (1994)]. El cAMP activa una quinasa multifuncional, denominada proteínquinasa A (PK-A), que consta de dos subunidades reguladoras (R) y dos catalíticas (C). En ausencia de cAMP, la PK-A se encuentra formando el heterocomplejo R2C2, que es inactivo. Cuando se forma cAMP, se liga a las subunidades reguladoras, induciendo un cambio conformacional que libera las subunidades catalíticas activas.
El cAMP también induce efectos a más largo plazo mediante la activación transcripcional de diversos genes. En los eucariotas «superiores», los efectos del cAMP sobre la transcripción están mediados por proteínas que contienen dominios en cremallera de leucina. Los genes controlables transcripcionalmente por cAMP contienen un motivo consenso palindrómico 5'-TGACGTCA-3', conocido como elemento de respuesta al cAMP (CRE). La proteína que se une a esta secuencia diana es el homodímero CREB, formado por dos cadena idénticas de 43 kDa. El extremo carboxilo de CREB contiene una cremallera de leucina que es necesaria para la dimerización y la unión a la secuencia CRE, activando la transcripción del gen diana. Además, CREB tiene un dominio de transactivación que contiene varias regiones independientes, incluída la que se ha identificado como «dominio inducible por quinasas», el cual contiene sitios de fosforilación consenso para varias quinasas, incluida PK-A. De hecho, un mecanismo de la activación transcripcional por CREB es la fosforilación de su residuo Ser-133 por la subunidad catalítica de PK-A. CREB también puede ser fosforilada por otras serina/treonina quinasas, tales como las PK-C, las quinasas dependientes de calcio y calmodulina CaMK-I, CaMK-II y CaMK-IV, la p105 quinasa dependiente de ras, p90rsk y Rsk-2. Las fosforilaciones de CREB alteran la conformación de su dominio de transactivación, incrementando así su interacción con la maquinaria transcripcional.
Es bien conocida la participación de CREB en la regulación hormonal del metabolismo glucídico. En concreto, como respuesta al primer mensajero glucagón se activa una cadena de «transducción» de señales en los hepatocitos que conduce a la activación transcripcional por CREB del gen que codifica la fosfoenolpiruvato carboxiquinasa, una de las enzimas reguladoras de la gluconeogénesis.
Recientemente, se ha demostrado que la expresión de CREB se relaciona directamente con el potencial metastásico de melanomas murinos. De hecho, la sobreexpresión de una CREB mutada en su dominio de unión a CRE en células de melanoma metastásico consiguió disminuir su tumorigenicidad y su potencial metastásico en ratones atímicos desnudos [Xie et al.,Oncogene 15:2069-2075 (1997)].
En conclusión, la unión de CREB a regiones CRE del DNA es un evento clave en la regulación transcripcional de diversos genes implicados en importantes procesos, aunque hay activaciones transcripcionales nada deseables, como es el caso descrito para los melanomas murinos. ¡Y es que hay uniones que matan!
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