Quinasa dependiente de ciclina 2

La quinasa dependiente de ciclina 2 , también conocida como proteína quinasa de división celular 2 o Cdk2, es una enzima que en humanos está codificada por el gen CDK2 . ^{[ 5 ] [ 6 ]} La proteína codificada por este gen es un miembro de la familia de quinasas dependientes de ciclina de proteínas Ser/Thr quinasas . Esta proteína quinasa es muy similar a los productos génicos de cdc28 de S. cerevisiae y cdc2 de S. pombe , también conocido como Cdk1 en humanos. Es una subunidad catalítica del complejo de quinasas dependientes de ciclina , cuya actividad está restringida a la fase G1-S del ciclo celular , donde las células producen proteínas necesarias para la mitosis y replican su ADN. Esta proteína se asocia con y es regulada por las subunidades reguladoras del complejo, incluyendo la ciclina E o A. La ciclina E se une a la Cdk2 de la fase G1, que es necesaria para la transición de la fase G1 a la fase S, mientras que la unión con la ciclina A es necesaria para progresar a través de la fase S. ^{[ 7 ]} Su actividad también está regulada por fosforilación . Se han descrito múltiples variantes de empalme alternativo y múltiples sitios de inicio de la transcripción de este gen. ^{[ 8 ]} El papel de esta proteína en la transición G1-S ha sido cuestionado recientemente, ya que se ha informado que las células que carecen de Cdk2 no presentan problemas durante esta transición. ^{[ 9 ]}    

Experimentos originales basados ​​en cultivos celulares demostraron la detención del ciclo celular en la transición G1-S como resultado de la eliminación de Cdk2. ^{[ 10 ]} Experimentos posteriores mostraron que las eliminaciones de Cdk2 prolongaban la fase G1 del ciclo celular en fibroblastos de embriones de ratón. Sin embargo, aún entraban en _la fase S después de este período y podían completar las fases restantes del ciclo celular. ^{[ 11 ]} Cuando se eliminó Cdk2 en ratones, los animales permanecieron viables a pesar de una reducción en el tamaño corporal. Sin embargo, la función meiótica de los ratones machos y hembras se inhibió. Esto sugiere que Cdk2 no es esencial para el ciclo celular de las células sanas, pero sí para la meiosis y la reproducción. ^{[ 10 ]} Es probable que las células en ratones knockout de Cdk2 experimenten menos divisiones, lo que contribuye a la reducción en el tamaño corporal. Las células germinales también dejan de dividirse en la profase de la meiosis, lo que conduce a la esterilidad reproductiva. ^{[ 11 ]} Ahora se cree que Cdk1 compensa muchos aspectos de la eliminación de Cdk2, excepto la función meiótica. ^{[ 10 ]}

La quinasa dependiente de ciclina 2 está estructurada en dos lóbulos. El lóbulo que comienza en el extremo N (lóbulo N) contiene muchas láminas beta, mientras que el lóbulo del extremo C (lóbulo C) es rico en hélices alfa. ^{[ 7 ]} Cdk2 es capaz de unirse a muchas ciclinas diferentes, incluidas las ciclinas A, B, E y posiblemente C. ^{[ 10 ]} Estudios recientes sugieren que Cdk2 se une preferentemente a las ciclinas A y E, mientras que Cdk1 prefiere las ciclinas A y B. ^{[ 12 ]}

La Cdk2 se activa cuando una proteína ciclina (A o E) se une al sitio activo ubicado entre los lóbulos N y C de la quinasa. Debido a la ubicación del sitio activo, las ciclinas asociadas interactúan con ambos lóbulos de la Cdk2. La Cdk2 contiene una importante hélice alfa ubicada en el lóbulo C de la quinasa, denominada hélice C o hélice PSTAIRE. Las interacciones hidrofóbicas hacen que la hélice C se asocie con otra hélice de la ciclina activadora. La activación induce un cambio conformacional en el que la hélice rota y se acerca al lóbulo N. Esto permite que el ácido glutámico ubicado en la hélice C forme un par iónico con una cadena lateral de lisina cercana. La importancia de este movimiento radica en que introduce la cadena lateral de Glu 51, que pertenece a una tríada de residuos del sitio catalítico conservados en todas las quinasas eucariotas, en el sitio catalítico. Esta tríada (Lys 33, Glu 51 y Asp 145) participa en la orientación del fosfato de ATP y la coordinación del magnesio, y se considera fundamental para la catálisis. Este cambio conformacional también reubica el bucle de activación al lóbulo C, revelando el sitio de unión del ATP ahora disponible para nuevas interacciones. Finalmente, el residuo de treonina-160 queda expuesto y fosforilado a medida que el segmento de activación del lóbulo C se desplaza del sitio catalítico y el residuo de treonina deja de estar impedido estéricamente. El residuo de treonina fosforilado crea estabilidad en la conformación final de la enzima. A lo largo de este proceso de activación, las ciclinas que se unen a Cdk2 no experimentan ningún cambio conformacional. ^{[ 14 ] [ 7 ]}

El éxito del proceso de división celular depende de la regulación precisa de procesos tanto a nivel celular como tisular. Las complejas interacciones entre proteínas y ADN dentro de la célula permiten que el ADN genómico se transmita a las células hijas. Las interacciones entre las células y las proteínas de la matriz extracelular permiten que las nuevas células se incorporen a los tejidos existentes. A nivel celular, el proceso está controlado por diferentes niveles de quinasas dependientes de ciclinas (Cdk) y sus ciclinas asociadas. Las células utilizan diversos puntos de control para retrasar la progresión del ciclo celular hasta que puedan reparar los defectos. ^{[ 16 ]}

Cdk2 está activo durante las fases G1 _y S del ciclo celular y, por lo tanto, actúa como un punto de control de la transición G1-S. Antes de la fase G1 _{, los} niveles de Cdk4 y Cdk6 aumentan junto con la ciclina D. Esto permite la fosforilación parcial de Rb y la activación parcial de E2F al comienzo de la fase G1 _, lo que promueve la síntesis de ciclina E y el aumento de la actividad de Cdk2. Al final de la fase G1 _, el complejo Cdk2/ciclina E alcanza su actividad máxima y juega un papel importante en el inicio de la fase S. ^{[ 17 ]} Otras proteínas no Cdk también se activan durante la transición de la fase _G1 -S . Por ejemplo, las proteínas del retinoblastoma (Rb) y p27 son fosforiladas por los complejos Cdk2-ciclina A/E, desactivándolas por completo. ^{[ 18 ]} Esto permite que los factores de transcripción E2F expresen genes que promueven la entrada en la fase S, donde el ADN se replica antes de la división. ^{[ 19 ] [ 20 ] [ 18 ]} Además, NPAT, un sustrato conocido del complejo Cdk2-Ciclina E, funciona para activar la transcripción de genes de histonas cuando se fosforila. ^{[ 21 ]} Esto aumenta la síntesis de proteínas histonas (el principal componente proteico de la cromatina) y, posteriormente, apoya la etapa de replicación del ADN del ciclo celular. Finalmente, al final de la fase S, el proteasoma de ubiquitina degrada la ciclina E. ^{[ 11 ]}

Aunque Cdk2 es en gran medida prescindible en el ciclo celular de células que funcionan normalmente, es fundamental para los procesos de crecimiento anormal de las células cancerosas. El gen CCNE1 produce ciclina E, uno de los dos principales socios de unión de proteínas de Cdk2. La sobreexpresión de CCNE1 ocurre en muchas células tumorales, lo que hace que las células se vuelvan dependientes de Cdk2 y ciclina E. ^{[ 12 ]} La actividad anormal de la ciclina E también se observa en cánceres de mama, pulmón, colorrectal, gástrico y óseo, así como en leucemia y linfoma. ^{[ 17 ]} Del mismo modo, la expresión anormal de ciclina A2 se asocia con inestabilidad cromosómica y proliferación tumoral, mientras que la inhibición conduce a una disminución del crecimiento tumoral. ^{[ 22 ]} Por lo tanto, CDK2 y sus socios de unión de ciclina representan posibles dianas terapéuticas para nuevas terapias contra el cáncer. ^{[ 12 ]} Los modelos preclínicos han mostrado éxito preliminar en la limitación del crecimiento tumoral, y también se ha observado que reducen los efectos secundarios de los fármacos de quimioterapia actuales. ^{[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]}

La identificación de inhibidores selectivos de Cdk2 es difícil debido a la extrema similitud entre los sitios activos de Cdk2 y otras Cdks, especialmente Cdk1. ^{[ 12 ]} Cdk1 es la única quinasa dependiente de ciclina esencial en el ciclo celular, y la inhibición podría provocar efectos secundarios no deseados. ^{[ 26 ]} La mayoría de los candidatos a inhibidores de CDK2 se dirigen al sitio de unión de ATP y se pueden dividir en dos subclases principales: tipo  I y tipo II. Los inhibidores de tipo I se dirigen competitivamente al sitio de unión de ATP en su estado activo. Los inhibidores de tipo II se dirigen a CDK2 en su estado no unido, ya sea ocupando el sitio de unión de ATP o el bolsillo hidrofóbico dentro de la quinasa. Se cree que los inhibidores de tipo II son más selectivos. ^{[ 24 ]} Recientemente, la disponibilidad de nuevas estructuras cristalinas de CDK llevó a la identificación de un posible sitio de unión alostérico cerca de la hélice C. Los inhibidores de este sitio alostérico se clasifican como inhibidores de tipo III. ^{[ 27 ]} Otro posible objetivo es el bucle T de CDK2. Cuando la ciclina A se une a CDK2, el lóbulo N-terminal rota para activar el sitio de unión de ATP y cambiar la posición del bucle de activación, llamado bucle T. ^{[ 28 ]}

La interpretación de simulaciones dinámicas y estudios de energía libre de unión reveló que el Ligando2 (de 17 compuestos de benzosubereno fusionados con pirrolona (PBS) sintetizados internamente) tiene una energía libre estable y equivalente a la de los inhibidores Flavopiridol, SU9516 y CVT-313. El Ligando2 se analizó como un inhibidor selectivo de CDK2 sin unión fuera de objetivo (CDK1 y CDK9) basándose en la eficiencia del ligando y la afinidad de unión. ^{[ 29 ]}

Los inhibidores de CDK conocidos son p21Cip1 ( CDKN1A ) y p27 ^Kip1 ( CDKN1B ). ^{[ 30 ]}

El éster metílico del ácido rosmarínico es un inhibidor de Cdk2 derivado de plantas, que ha demostrado suprimir la proliferación de células musculares lisas vasculares y reducir la formación de neointima en un modelo de reestenosis en ratones . ^{[ 31 ]}

Consulte también la galería PDB a continuación, que muestra las interacciones con muchos inhibidores (incluido el Purvalanol B).

En los tipos de células melanocíticas , la expresión del gen CDK2 está regulada por el factor de transcripción asociado a la microftalmia . ^{[ 32 ] [ 33 ]}

Se ha demostrado que la quinasa dependiente de ciclina 2 interactúa con:

• Cinasa dependiente de ciclina 2 en los encabezamientos de materias médicas (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.
• Ubicación del gen humano CDK2 en el navegador genómico de UCSC .
• Detalles del gen humano CDK2 en el navegador genómico de UCSC .