Factor de intercambio de nucleótidos de guanina - Guanine nucleotide exchange factor

GTP
PIB

Los factores de intercambio de nucleótidos de guanina ( GEF ) son proteínas o dominios proteicos que activan las GTPasas monoméricas al estimular la liberación de difosfato de guanosina (GDP) para permitir la unión de trifosfato de guanosina (GTP). Se ha demostrado que una variedad de dominios estructurales no relacionados exhiben actividad de intercambio de nucleótidos de guanina. Algunos GEF pueden activar múltiples GTPasas mientras que otros son específicos de una sola GTPasa.

Función

Esquema de la activación GEF de una GTPasa

Los factores de intercambio de nucleótidos de guanina (GEF) son proteínas o dominios proteicos implicados en la activación de pequeñas GTPasas . Las pequeñas GTPasas actúan como interruptores moleculares en las vías de señalización intracelular y tienen muchos objetivos posteriores. Las GTPasas más conocidas comprenden la superfamilia Ras y están involucradas en procesos celulares esenciales como la diferenciación y proliferación celular, la organización citoesquelética, el tráfico de vesículas y el transporte nuclear. Las GTPasas son activas cuando se unen a GTP e inactivas cuando se unen a GDP, lo que permite que su actividad sea regulada por los GEF y las proteínas activadoras de GTPasa (GAP) opuestas .

El GDP se disocia de las GTPasas inactivas muy lentamente. La unión de los GEF a sus sustratos de GTPasa cataliza la disociación de GDP, permitiendo que una molécula de GTP se una en su lugar. Los FMAM funcionan para promover la disociación del PIB. Una vez que el GDP se ha disociado de la GTPasa, GTP generalmente se une en su lugar, ya que la proporción citosólica de GTP es mucho más alta que la de GDP a 10: 1. La unión de GTP a GTPasa da como resultado la liberación de GEF, que luego puede activar una nueva GTPasa. Por tanto, los GEF desestabilizan la interacción de GTPasa con GDP y estabilizan la GTPasa libre de nucleótidos hasta que una molécula de GTP se une a ella. Las GAP (proteína activadora de GTPasa) actúan de manera antagónica para inactivar las GTPasas aumentando su tasa intrínseca de hidrólisis de GTP. El PIB permanece unido a la GTPasa inactiva hasta que un FMAM se une y estimula su liberación.

La localización de los GEF puede determinar en qué parte de la célula estará activa una GTPasa en particular. Por ejemplo, Ran GEF, RCC1 , está presente en el núcleo mientras que Ran GAP está presente en el citosol, modulando la importación y exportación nuclear de proteínas. RCC1 convierte RanGDP en RanGTP en el núcleo, activando Ran para la exportación de proteínas. Cuando Ran GAP cataliza la conversión de RanGTP en RanGDP en el citosol, se libera la carga de proteínas.

Mecanismo

El mecanismo de activación de GTPasa varía entre diferentes GEF. Sin embargo, existen algunas similitudes en la forma en que diferentes GEF alteran la conformación del sitio de unión de nucleótidos de la proteína G. Las GTPasas contienen dos bucles llamados conmutador 1 y conmutador 2 que están situados a cada lado del nucleótido unido. Estas regiones y el bucle de unión a fosfato de la GTPasa interactúan con los fosfatos del nucleótido y un ion magnesio coordinador para mantener la unión de alta afinidad del nucleótido. La unión de GEF induce cambios conformacionales en el bucle P y las regiones de conmutación de la GTPasa, mientras que el resto de la estructura permanece prácticamente sin cambios. La unión del GEF obstaculiza estéricamente el sitio de unión de magnesio e interfiere con la región de unión de fosfato, mientras que la región de unión de bases permanece accesible. Cuando el GEF se une a la GTPasa, los grupos fosfato se liberan primero y el GEF se desplaza al unirse la molécula de GTP entrante. Aunque este esquema general es común entre los GEF, las interacciones específicas entre las regiones de GTPasa y GEF varían entre proteínas individuales.

Estructura y especificidad

Algunos GEF son específicos de una sola GTPasa, mientras que otros tienen múltiples sustratos de GTPasa. Si bien diferentes subfamilias de GTPasas de la superfamilia Ras tienen un dominio de unión a GTP conservado, este no es el caso de los GEF. Las diferentes familias de GEF corresponden a diferentes subfamilias Ras. Los dominios funcionales de estas familias GEF no están relacionados estructuralmente y no comparten homología de secuencia. Estos dominios del FMAM parecen no estar relacionados evolutivamente a pesar de funciones y sustratos similares.

Dominio CDC25

El dominio de homología CDC25, también llamado dominio RasGEF , es el dominio catalítico de muchos Ras GEF, que activan Ras GTPasas. El dominio CDC25 comprende aproximadamente 500 aminoácidos y se identificó por primera vez en la proteína CDC25 en la levadura en gemación ( Saccharomyces cerevisiae ) .

Dominios DH y PH

Los RhoGEF de tipo Dbl estaban presentes en el origen de los eucariotas y evolucionaron como mediadores de señalización celular altamente adaptativos. Los RhoGEF de tipo Dbl se caracterizan por la presencia de un dominio de homología Dbl ( dominio DH ), responsable de la actividad catalítica de GEF para Rho GTPasas . El genoma humano codifica 71 miembros, distribuidos en 20 subfamilias. Los 71 miembros ya estaban presentes en los primeros vertebrados, y la mayoría de las 20 subfamilias ya estaban presentes en los primeros metazoos. Muchas de las proteínas de la familia Dbl de mamíferos son específicas de tejido y su número en los metazoos varía en proporción a la complejidad de la señalización celular. Los dominios de homología de pleckstrina ( dominios PH ) se asocian en tándem con dominios DH en 64 de los 71 miembros de la familia Dbl. El dominio PH se encuentra inmediatamente adyacente al término C del dominio DH. Juntos, estos dos dominios constituyen la unidad estructural mínima necesaria para la actividad de la mayoría de las proteínas de la familia Dbl. El dominio PH está involucrado en el direccionamiento intracelular del dominio DH. En general, se cree que modula la unión a la membrana a través de interacciones con fosfolípidos, pero se ha demostrado que su función varía en diferentes proteínas. Este dominio PH también está presente en otras proteínas más allá de los RhoGEF.

Dominio DHR2

El dominio DHR2 es el dominio catalítico de la familia DOCK de Rho GEF. Al igual que el dominio DH , DHR2 ya estaba presente en el origen de los eucariotas. La familia DOCK es un subconjunto separado de GEF de la familia Dbl y no tiene relación estructural o de secuencia con el dominio DH. Hay 11 miembros de la familia DOCK identificados divididos en subfamilias según su activación de Rac y Cdc42 . Los miembros de la familia DOCK están involucrados en la migración celular, morfogénesis y fagocitosis. El dominio DHR2 tiene aproximadamente 400 aminoácidos. Estas proteínas también contienen un segundo dominio conservado, DHR1, que tiene aproximadamente 250 aminoácidos. Se ha demostrado que el dominio DHR1 está implicado en la localización de la membrana de algunos GEF.

Dominio sec7

El dominio Sec7 es responsable de la actividad catalítica GEF en ARF GTPasas . Las proteínas ARF funcionan en el tráfico de vesículas . Aunque los ARF GEF son divergentes en sus secuencias generales, contienen un dominio Sec 7 conservado. Esta región de 200 aminoácidos es homóloga a la proteína Sec7p de levadura.

Regulación

Los GEF a menudo son reclutados por proteínas adaptadoras en respuesta a señales ascendentes. Los GEF son proteínas de múltiples dominios e interactúan con otras proteínas dentro de la célula a través de estos dominios. Las proteínas adaptadoras pueden modular la actividad de GEF interactuando con otros dominios además del dominio catalítico. Por ejemplo, SOS 1, Ras GEF en la vía MAPK / ERK , es reclutado por la proteína adaptadora GRB2 en respuesta a la activación del receptor EGF . La unión de SOS1 a GBR2 lo localiza en la membrana plasmática, donde puede activar el Ras unido a la membrana . Otros GEF, como Rho GEF Vav1 , se activan tras la fosforilación en respuesta a señales ascendentes. Los mensajeros secundarios como el cAMP y el calcio también pueden desempeñar un papel en la activación del GEF.

También se ha demostrado la diafonía entre GEF y múltiples vías de señalización de GTPasa. Por ejemplo, SOS contiene un dominio de homología Dbl además de su dominio catalítico CDC25. SOS puede actuar como un GEF para activar Rac1 , una RhoGTPasa, además de su función como GEF para Ras. Por lo tanto, SOS es un vínculo entre las vías de señalización de GTPasa de la familia Ras y la familia Rho.

Cáncer

Los FMAM son un objetivo potencial para la terapia del cáncer debido a su papel en muchas vías de señalización, particularmente la proliferación celular. Por ejemplo, muchos cánceres son causados ​​por mutaciones en la vía MAPK / ERK que conducen a un crecimiento descontrolado. El GEF SOS1 activa Ras, cuyo objetivo es la quinasa Raf . Raf es un protooncogén porque se han encontrado mutaciones en esta proteína en muchos cánceres. Se ha demostrado que la Rho GTPasa Vav1 , que puede ser activada por el receptor GEF, promueve la proliferación tumoral en el cáncer de páncreas. Los GEF representan posibles dianas terapéuticas, ya que potencialmente pueden desempeñar un papel en la regulación de estas vías mediante la activación de GTPasas.

Ejemplos de

  • Son of sevenless (SOS1) es un GEF importante en la vía MAPK / ERK reguladora del crecimiento celular. SOS1 se une a GRB2 en la membrana plasmática después de la activación del receptor de EGF. SOS1 activa la pequeña proteína G Ras.
  • eIF-2b es un factor de iniciación eucariota necesario para iniciar la traducción de proteínas. eIF-2b regenera la forma de eIF-2 unida a GTP para un ciclo adicional en el inicio de la síntesis de proteínas, es decir, su unión al Met-t-RNA.
  • Los receptores acoplados a proteína G son receptores transmembrana que actúan como GEF para sus proteínas G afines al unirse a un ligando. La unión del ligando induce un cambio conformacional que permite que el GPCR active una GTPasa asociada.
  • RCC1 es el factor de intercambio de nucleótidos de guanina para Ran GTPasa. Se localiza en el núcleo y cataliza la activación de Ran para permitir la exportación nuclear de proteínas.
  • Ras-GRF1
  • Kalirin
  • PLEKHG2
  • Ephexin5 es un RhoA GEF involucrado en el desarrollo de la sinapsis neuronal.

Ver también

Referencias

enlaces externos