Transformando la proteína RhoA - Transforming protein RhoA
La proteína transformadora RhoA , también conocida como miembro de la familia homóloga Ras A ( RhoA ), es una pequeña proteína GTPasa en la familia Rho de GTPasas que en humanos está codificada por el gen RHOA . Si bien los efectos de la actividad de RhoA no son bien conocidos, se asocia principalmente con la regulación del citoesqueleto, principalmente la formación de fibras de tensión de actina y la contractilidad de la actomiosina. Actúa sobre varios efectores. Entre ellos, ROCK1 (proteína quinasa 1 de bobina enrollada asociada a Rho) y DIAPH1 (homólogo diáfano 1, también conocido como hDia1, homólogo de mDia1 en ratón, diáfano en Drosophila ) son los mejor descritos. RhoA, y las otras Rho GTPasas, son parte de una familia más grande de proteínas relacionadas conocida como la superfamilia Ras , una familia de proteínas involucradas en la regulación y sincronización de la división celular . RhoA es una de las Rho GTPasas más antiguas, con homólogos presentes en los genomas desde hace 1.500 millones de años. Como consecuencia, RhoA está involucrado de alguna manera en muchos procesos celulares que surgieron a lo largo de la evolución. RhoA específicamente se considera un factor regulador destacado en otras funciones como la regulación de la dinámica citoesquelética, la transcripción, la progresión del ciclo celular y la transformación celular.
Estructura
El gen específico que codifica RhoA, RHOA , se encuentra en el cromosoma 3 y consta de cuatro exones, que también se ha relacionado como un posible factor de riesgo de accidente cerebrovascular aterotrombólico.
Similar a otras GTPasas, RhoA presenta un inserto Rho en su secuencia primaria en el dominio GTPasa. RhoA contiene también cuatro sitios de inserción o deleción con un subdominio helicoidal adicional; estos sitios son característicos de muchas GTPasas de la familia Rho. Lo más importante es que RhoA contiene dos regiones de cambio, Switch I y Switch II, cuyos estados conformacionales se modifican después de la activación o inactivación de la proteína. Ambos interruptores tienen un plegado característico, corresponden a regiones específicas en la bobina RhoA y se estabilizan uniformemente mediante enlaces de hidrógeno. Las conformaciones de los dominios Switch se modifican dependiendo de la unión de GDP o GTP a RhoA. La naturaleza del nucleótido unido y la consiguiente modificación conformacional de los dominios Switch dicta la capacidad de RhoA para unirse o no a proteínas asociadas (véase más adelante).
Las secuencias de proteínas primarias de los miembros de la familia Rho son en su mayoría idénticas, y el N-terminal contiene la mayor parte de la proteína que codifica la unión e hidrólisis de GTP. El C-terminal de RhoA se modifica mediante prenilación , anclando la GTPasa en las membranas, que es esencial para su papel en el crecimiento celular y la organización del citoesqueleto. Los aminoácidos clave que participan en la estabilización y regulación de la hidrólisis de GTP se conservan en RhoA como Gly14, Thr19, Phe30 y Gln63.
La localización correcta de las proteínas RhoA depende en gran medida del extremo C-terminal; durante la prenilación, el anclaje del grupo prenilo es esencial para la estabilidad, inhibición y síntesis de enzimas y proliferación. RhoA es secuestrada por inhibidores de la disociación (RhoGDI) que eliminan la proteína de la membrana al tiempo que evitan su interacción adicional con otros efectores posteriores.
Mecanismo de activación
RhoA adquiere estados conformacionales unidos a GDP y unidos a GTP activos; estos estados alternan entre los estados activo e inactivo a través del intercambio de GDP a GTP (realizado simultáneamente a través de factores de intercambio de nucleótidos de guanina y factor de activación de GTPasa). RhoA se activa principalmente por factores de intercambio de nucleótidos de guanina (GEF) mediante fosforilación; Debido a la gran red de fosforilación superpuesta, se utilizan una multitud de GEF para habilitar vías de señalización específicas. Estos arreglos estructurales proporcionan sitios de interacción que pueden interactuar con efectores y factores de guanina para estabilizar y señalar la hidrólisis de GTP. Los niveles de activación de RhoA y los GEF asociados se miden mediante ensayos de extracción de RhoA y GEF que utilizan Rhotekin y perlas RhoA G17A mutantes, respectivamente.
Participación en procesos celulares
RhoA participa principalmente en estas actividades: organización de la actina, contractilidad de la miosina, mantenimiento del ciclo celular, polarización morfológica celular, desarrollo celular y control transcripcional.
Organización de la actina
RhoA prevalece en la regulación de la forma celular, la polaridad y la locomoción a través de la polimerización de actina, la contractilidad de la actomiosina, la adhesión celular y la dinámica de los microtúbulos. Además, se cree que RhoA actúa principalmente en la parte trasera ( urópodo ) de las células migratorias para promover el desprendimiento, similar al proceso de unión y desprendimiento que se encuentra en el mecanismo de adhesión focal. Las vías de transducción de señales reguladas a través de RhoA enlazan los receptores de la membrana plasmática con la formación de adherencias focales y la activación subsiguiente de las fibras de tensión de actina relevantes. RhoA estimula directamente la polimerización de actina a través de la activación de forminas relacionadas con diáfanos, cambiando estructuralmente los monómeros de actina a filamentos. Las quinasas ROCK inducen contractilidad basada en actomiosina y fosforilan TAU y MAP2 involucradas en la regulación de miosinas y otras proteínas de unión a actina para ayudar en la migración y desprendimiento de células. La acción concertada de ROCK y Dia es esencial para la regulación de la polaridad celular y la organización de los microtúbulos. RhoA también regula la integridad de la matriz extracelular y la pérdida de las correspondientes adherencias célula-célula (principalmente adherentes y uniones estrechas) necesarias para la migración del epitelio. El papel de RhoA en la mediación de la transducción de señales también se atribuye al establecimiento de la polaridad del tejido en las estructuras epidérmicas debido a su polimerización de actina para coordinar el movimiento vesicular; el movimiento dentro de los filamentos de actina forma redes que se mueven junto con el movimiento lineal vesicular. Como resultado, las mutaciones presentes en los genes de polaridad indican que RhoA es fundamental para la polaridad del tejido y el movimiento intracelular dirigido.
Desarrollo celular
Se requiere RhoA para procesos que involucran el desarrollo celular, algunos de los cuales incluyen crecimiento, cierre dorsal, formación de hueso y miogénesis. La pérdida de la función de RhoA se atribuye con frecuencia al fracaso de la gastrulación y la incapacidad de migración celular. En extensión, se ha demostrado que RhoA funciona como un interruptor intermediario dentro del proceso general mediado mecánicamente de compromiso y diferenciación de células madre. Por ejemplo, las células madre mesenquimales humanas y su diferenciación en adipocitos u osteocitos son resultados directos del impacto de RhoA en la forma celular, la señalización y la integridad citoesquelética. La forma celular actúa como la señal mecánica principal que impulsa la actividad RhoA y la actividad ROCK efectora descendente para controlar el compromiso de las células madre y el mantenimiento del citoesqueleto. También se observa con frecuencia que las vías mediadas por el factor de crecimiento transformante (TGF) que controlan la progresión y la identidad del tumor son mecanismos dependientes de RhoA. Se sabe que TGF-β1, un factor de crecimiento supresor de tumores, regula el crecimiento, la diferenciación y la transformación epitelial en la tumorigénesis. En lugar de bloquear el crecimiento, TGF-β1 activa directamente RhoA en las células epiteliales mientras bloquea su objetivo aguas abajo, p160; como resultado, las vías activadas dependientes de RhoA inducen la formación de fibras de estrés y las propiedades mesenquimales posteriores.
Control transcripcional
La RhoA activada también participa en la regulación del control transcripcional sobre otras vías de transducción de señales a través de varios factores celulares. Las proteínas RhoA ayudan a potenciar la transcripción independientemente de los factores del complejo ternario cuando se activan y simultáneamente modulan la actividad de la señal extracelular posterior. También se ha demostrado que RhoA media las vías de señalización inducidas por suero, LPA y AIF4, además de regular la transcripción del promotor c-fos, un componente clave en la formación del complejo ternario que produce el suero y los factores ternarios. La señalización de RhoA y la modulación de la polimerización de actina también regulan la expresión de Sox9 mediante el control de la actividad transcripcional de Sox9. La expresión y actividad transcripcional de Sox9 está directamente relacionada con la pérdida de actividad RhoA e ilustra cómo RhoA participa en el control transcripcional de la expresión de proteínas específicas.
Mantenimiento del ciclo celular
Se identifica que RhoA, así como varios otros miembros de la familia Rho, desempeñan funciones en la regulación del citoesqueleto y la división celular. RhoA juega un papel fundamental en la progresión del ciclo celular G1, principalmente a través de la regulación de la ciclina D1 y la expresión de inhibidores de quinasa dependientes de ciclina (p21 y p27). Estas vías de regulación activan las proteínas quinasas, que posteriormente modulan la actividad del factor de transcripción. RhoA suprime específicamente los niveles de p21 en líneas celulares normales y transformadas mediante un mecanismo de transcripción independiente de p53, mientras que los niveles de p27 se regulan utilizando quinasas asociadas a Rho efectoras. La citocinesis se define por la contracción basada en actomiosina. Las forminas relacionadas con la diáfana dependientes de RhoA (DRF) se localizan en el surco de escisión durante la citocinesis mientras estimulan la polimerización de actina local coordinando microtúbulos con filamentos de actina en el sitio del anillo contráctil de miosina. Las diferencias en la unión del efector distinguen a RhoA entre otras GTPasas homólogas de Ras relacionadas. Las integrinas pueden modular la actividad de RhoA dependiendo de la composición de la matriz extracelular y otros factores relevantes. De manera similar, la estimulación de RhoA de la actividad de la quinasa PKN2 regula la adhesión célula-célula a través de la formación y el desmontaje de la unión apical. Aunque RhoA se reconoce más fácilmente por sus contribuciones únicas en la contractilidad de la actina-miosina y la formación de fibras de estrés, una nueva investigación también la ha identificado como un factor clave en la mediación de la ondulación de la membrana, la formación de laminillas y la formación de ampollas en la membrana. La mayor parte de esta actividad se produce en el borde de ataque de las células durante la migración en coordinación con las protuberancias de la membrana del carcinoma de mama.
Vía RhoA
Las moléculas actúan sobre varios receptores, como NgR1, LINGO1 , p75 , TROY y otros receptores desconocidos (p. Ej., Por CSPG), que estimulan RhoA. RhoA activa ROCK (RhoA quinasa) que estimula la quinasa LIM, que luego inhibe la cofilina , que reorganiza eficazmente el citoesqueleto de actina de la célula. En el caso de las neuronas, la activación de esta vía da como resultado el colapso del cono de crecimiento, por lo que inhibe el crecimiento y la reparación de las vías neurales y los axones. La inhibición de esta vía por sus diversos componentes suele dar como resultado algún nivel de remielinización mejorada. Después de la isquemia global, el oxígeno hiperbárico (al menos en 3 ATA) parece suprimir parcialmente la expresión de RhoA, además de la proteína Nogo ( Reticulon 4 ) y una subunidad de su receptor Ng-R. La vía de señalización MEMO1-RhoA-DIAPH1 juega un papel importante en la estabilización dependiente de ERBB2 de los microtúbulos en la corteza celular. Un estudio reciente muestra que la señalización de la quinasa RhoA-Rho media el daño cerebral inducido por la trombina.
p75NTR sirve como regulador para el ensamblaje de actina. El miembro A de la familia del homólogo de Ras (RhoA) hace que el citoesqueleto de actina se vuelva rígido, lo que limita la movilidad del cono de crecimiento e inhibe el alargamiento neuronal en el sistema nervioso en desarrollo. p75NTR sin un ligando unido activa RhoA y limita el ensamblaje de actina, pero la unión de neurotrofina a p75NTR puede inactivar RhoA y promover el ensamblaje de actina. p75NTR se asocia con el inhibidor de la disociación Rho GDP (RhoGDI) y RhoGDI se asocia con RhoA. Las interacciones con Nogo pueden fortalecer la asociación entre p75NTR y RhoGDI. La unión de la neurotrofina a p75NTR inhibe la asociación de RhoGDI y p75NTR, suprimiendo así la liberación de RhoA y promoviendo el alargamiento del cono de crecimiento (inhibiendo la supresión de actina RhoA).
Interacciones
Se ha demostrado que RHOA interactúa con:
Significación clínica
Cáncer
Dado que su sobreexpresión se encuentra en muchas neoplasias malignas, la actividad de RhoA se ha relacionado con varias aplicaciones del cáncer debido a su participación significativa en las cascadas de señalización del cáncer. Se sabe que los factores de respuesta sérica (SRF) median los receptores de andrógenos en las células del cáncer de próstata, incluidas funciones que van desde distinguir la próstata benigna de la maligna e identificar una enfermedad agresiva. RhoA media la respuesta a los andrógenos de estos genes SRF; como resultado, se ha demostrado que la interferencia con RhoA previene la regulación androgénica de los genes SRF. En la aplicación, la expresión de RhoA es notablemente mayor en las células de cáncer de próstata malignas en comparación con las células de próstata benignas, y la expresión de RhoA elevada se asocia con una letalidad elevada y una proliferación agresiva. Por otro lado, silenciar RhoA disminuyó la viabilidad celular regulada por andrógenos y obstaculizó la migración de células de cáncer de próstata.
También se ha descubierto que RhoA está hiperactivada en las células de cáncer gástrico; en consecuencia, la supresión de la actividad de RhoA revirtió parcialmente el fenotipo de proliferación de las células de cáncer gástrico mediante la regulación por disminución de la vía Diaphanous 1 de mamíferos RhoA. La doxorrubicina se ha mencionado con frecuencia como un fármaco contra el cáncer muy prometedor que también se utiliza en tratamientos de quimioterapia; sin embargo, como ocurre con casi todos los quimioterápicos, el problema de la resistencia a los medicamentos permanece. Minimizar o posponer esta resistencia sería la dosis necesaria para erradicar el tumor, disminuyendo así la toxicidad del fármaco. La posterior disminución de la expresión de RhoA también se ha asociado con una mayor sensibilidad a la doxorrubicina y la reversión completa de la resistencia a la doxorrubicina en ciertas células; esto muestra la capacidad de recuperación de RhoA como un indicador constante de la actividad anticancerígena. Además de promover la actividad de supresión de tumores, RhoA también tiene un impacto inherente sobre la eficacia de los fármacos en relación con la funcionalidad del cáncer y podría aplicarse a protocolos de terapia génica en investigaciones futuras.
Se ha identificado que la expresión proteica de RhoA es significativamente mayor en tejido tumoral testicular que en tejido no tumoral; La expresión de proteína para RhoA, ROCK-I, ROCK-II, Rac1 y Cdc42 fue mayor en tumores de estadios superiores que en estadios inferiores, coincidiendo con una mayor metástasis linfática e invasión en el cáncer de vías urinarias superiores. Aunque las proteínas RhoA y RhoC comprenden una parte significativa de las Rho GTPasas que están vinculadas a promover el comportamiento invasivo de los carcinomas de mama, ha sido difícil atribuir funciones específicas a estos miembros individuales. Hemos utilizado un enfoque de interferencia de ARN retroviral estable para generar células de carcinoma de mama invasivas (células SUM-159) que carecen de expresión de RhoA o RhoC. El análisis de estas células nos permitió deducir que RhoA impide y RhoC estimula la invasión. Inesperadamente, este análisis también reveló una relación compensatoria entre RhoA y RhoC a nivel de su expresión y activación, y una relación recíproca entre RhoA y activación de Rac1. La leucemia mieloide crónica (LMC), un trastorno de las células madre que impide que las células mieloides funcionen correctamente, se ha relacionado con la polimerización de actina. Las proteínas señalizadoras como RhoA regulan la polimerización de la actina. Debido a las diferencias de proteínas que se presentan entre los neutrocitos normales y los afectados, RhoA se ha convertido en el elemento clave; La experimentación adicional también ha demostrado que las vías inhibidoras de RhoA previenen el crecimiento general de las células de CML. Como resultado, RhoA tiene un potencial significativo como diana terapéutica en técnicas de terapia génica para tratar la CML. Por lo tanto, el papel de RhoA en la proliferación de fenotipos de células cancerosas es una aplicación clave que se puede aplicar a terapias contra el cáncer dirigidas y al desarrollo de productos farmacéuticos.
Aplicaciones de medicamentos
En junio de 2012, investigadores del Cincinnati Children's Hospital sintetizaron un nuevo candidato a fármaco llamado "Rhosin", un fármaco con la plena intención de inhibir la proliferación del cáncer y promover la regeneración de las células nerviosas. Este inhibidor se dirige específicamente a las Rho GTPasas para prevenir el crecimiento celular relacionado con el cáncer. Cuando se probó en células de cáncer de mama, la Rhosin inhibió el crecimiento y el crecimiento de las esferas mamarias de una manera dependiente de la dosis, funcionando como objetivos para RhoA y al mismo tiempo mantuvo la integridad de los procesos celulares normales y las células mamarias normales. Estos resultados prometedores indican la eficacia general de Rhosin en la prevención de la proliferación del cáncer de mama mediante la selección de RhoA.
Posible objetivo de los medicamentos para el asma y la diabetes
Las funciones fisiológicas de RhoA se han relacionado con la contracción y migración de células que se manifiestan como síntomas tanto en el asma como en la diabetes (es decir, limitación del flujo de aire e hipersensibilidad, desensibilización, etc.). Debido a la superposición fisiopatológica de RhoA y Rho-quinasa en el asma, tanto la RhoA como la Rho-quinasa se han convertido en nuevas moléculas diana prometedoras para la investigación farmacológica para desarrollar formas alternativas de tratamiento para el asma. Los mecanismos de RhoA y Rho quinasa se han relacionado con la diabetes debido a la expresión regulada al alza de los objetivos dentro de los animales diabéticos tipo 1 y 2. La inhibición de esta vía previno y mejoró los cambios patológicos en las complicaciones diabéticas, lo que indica que la vía RhoA es un objetivo prometedor para el desarrollo terapéutico en el tratamiento de la diabetes.
Referencias
Otras lecturas
- Ramakers GJ (abril de 2002). "Proteínas Rho, retraso mental y la base celular de la cognición". Tendencias en neurociencias . 25 (4): 191–9. doi : 10.1016 / S0166-2236 (00) 02118-4 . PMID 11998687 . S2CID 13941716 .
- Chang ZF, Lee HH (marzo de 2006). "Señalización de RhoA en la apoptosis inducida por éster de forbol" . Revista de Ciencias Biomédicas . 13 (2): 173–80. doi : 10.1007 / s11373-005-9056-4 . PMID 16496227 .
enlaces externos
- rhoA + Protein en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .
- Información de RHOA con enlaces en la puerta de enlace de migración celular
- Resumen de toda la información estructural disponible en el PDB para UniProt : P61586 (proteína transformadora humana RhoA) en el PDBe-KB .
- Resumen de toda la información estructural disponible en el PDB para UniProt : Q9QUI0 (proteína transformadora de ratón RhoA) en el PDBe-KB .
