La proteína que contiene valosina ( VCP ) o ATPasa del retículo endoplasmático transicional ( TER ATPasa ), también conocida como p97 en mamíferos y CDC48 en S. cerevisiae , es una enzima que en humanos está codificada por el gen VCP . [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] La TER ATPasa es una enzima ATPasa presente en todos los eucariotas y arqueas . Su función principal es segregar moléculas de proteínas de grandes estructuras celulares como ensamblajes de proteínas, membranas de orgánulos y cromatina , y así facilitar la degradación de los polipéptidos liberados por la proteasa multisubunitaria proteasoma .
VCP/p97/CDC48 pertenece a la familia AAA+ (familia extendida de ATPasas asociadas a diversas actividades celulares). Las enzimas de esta familia se encuentran en todas las especies, desde bacterias hasta humanos. Muchas de ellas son chaperonas importantes que regulan el plegamiento o desplegamiento de proteínas sustrato. VCP es una ATPasa AAA+ de tipo II, lo que significa que contiene dos dominios ATPasa en tándem (denominados D1 y D2, respectivamente) ( Figura 1 ).

Los dos dominios ATPasa están conectados por un corto enlace polipeptídico. Un dominio que precede al dominio D1 ( dominio N-terminal ) y una corta cola carboxilo-terminal participan en la interacción con cofactores. [ 8 ] El dominio N está conectado al dominio D1 por un corto enlace N-D1.
La mayoría de los sustratos conocidos de VCP se modifican con cadenas de ubiquitina y se degradan por el proteasoma 26S . Por consiguiente, muchas coenzimas y adaptadores de VCP poseen dominios que pueden reconocer la ubiquitina. [ 9 ] Se ha hecho evidente que las interacciones entre la ubiquitina y los cofactores de VCP son cruciales para muchas de las funciones propuestas, aunque el papel preciso de estas interacciones aún no se ha dilucidado.
Descubrimiento
CDC48 fue descubierto en un cribado genético de genes implicados en la regulación del ciclo celular en la levadura en gemación . [ 10 ] El cribado identificó varios alelos de Cdc48 que afectan al crecimiento celular a temperaturas no permisivas. Una búsqueda del homólogo de mamíferos de CDC48 (valosina) reveló un precursor proteico de 97 kDa denominado "proteína que contiene valosina (VCP)" o p97, y también mostró que se generaba únicamente como un artefacto de la purificación y no durante el procesamiento fisiológico. [ 11 ] Aun sin pruebas de que la valosina sea un producto fisiológico, la nomenclatura VCP sigue utilizándose en la literatura.
Distribución tisular y subcelular
La VCP es una de las proteínas citoplasmáticas más abundantes en las células eucariotas. Se expresa de forma ubicua en todos los tejidos de los organismos multicelulares. En humanos, se ha observado que la expresión de ARNm de VCP está moderadamente elevada en ciertos tipos de cáncer. [ 9 ]
En las células de mamíferos, VCP se localiza predominantemente en el citoplasma , y una fracción significativa se asocia a las membranas de orgánulos celulares como el retículo endoplasmático (RE), el aparato de Golgi, las mitocondrias y los endosomas. [ 6 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] La localización subcelular de CDC48 no se ha caracterizado completamente, pero es probable que sea similar a la de su homólogo en mamíferos. También se encontró una fracción de VCP en el núcleo. [ 16 ]
Estructura
Según las estructuras cristalinas de la VCP de tipo salvaje de longitud completa, [ 17 ] [ 18 ] seis subunidades de VCP se ensamblan en una estructura en forma de barril, en la que los dominios N-D1 y D2 forman dos anillos concéntricos apilados ( Figura 2 ).

El anillo N-D1 es más grande (162 Å de diámetro) que el anillo D2 (113 Å) debido a los dominios N unidos lateralmente. Los dominios D1 y D2 son altamente homólogos tanto en secuencia como en estructura, pero cumplen funciones distintas. Por ejemplo, el ensamblaje hexamérico de VCP solo requiere el dominio D1 pero no el D2. [ 19 ] A diferencia de muchas proteínas AAA+ bacterianas, el ensamblaje del hexámero de VCP no depende de la presencia de nucleótidos. El ensamblaje hexamérico de VCP puede experimentar cambios conformacionales drásticos durante el ciclo de hidrólisis de nucleótidos, [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] y generalmente se cree que estos cambios conformacionales generan fuerza mecánica, que se aplica a las moléculas del sustrato para influir en su estabilidad y función. Sin embargo, cómo genera fuerza VCP con precisión no está claro.
El ciclo de hidrólisis del ATP
La actividad de hidrólisis de ATP es indispensable para las funciones de VCP. [ 25 ] Los dos dominios ATPasa de VCP (D1 y D2) no son equivalentes porque el dominio D2 muestra una actividad ATPasa mayor que el dominio D1 en la proteína de tipo silvestre. Sin embargo, sus actividades son dependientes entre sí. [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] Por ejemplo, la unión de nucleótidos al dominio D1 es necesaria para la unión de ATP al dominio D2 y la unión e hidrólisis de nucleótidos en D2 es necesaria para que el dominio D1 hidrolice ATP.
La actividad ATPasa de VCP puede verse influenciada por muchos factores. Por ejemplo, puede ser estimulada por el calor [ 29 ] o por una proteína sustrato putativa. [ 30 ] En Leishmania infantum , la proteína Li VCP es esencial para el desarrollo intracelular del parásito y su supervivencia bajo estrés térmico. [ 31 ] La asociación con cofactores puede tener un impacto positivo o negativo en la actividad ATPasa de p97. [ 32 ] [ 33 ]
Las mutaciones en VCP también pueden influir en su actividad. Por ejemplo, las proteínas VCP mutantes que presentan mutaciones puntuales únicas encontradas en pacientes con proteinopatía multisistémica (MSP; anteriormente conocida como IBMPFD (miopatía por cuerpos de inclusión asociada con la enfermedad de Paget del hueso y demencia frontotemporal)) (véase más abajo) tienen un aumento de 2 a 3 veces en la actividad ATPasa. [ 27 ] [ 34 ] [ 35 ]
Proteínas que interactúan con VCP
Estudios proteómicos recientes han identificado un gran número de proteínas que interactúan con p97. Muchas de estas proteínas actúan como adaptadores que conectan VCP con un compartimento subcelular específico para funcionar en una vía celular concreta. Otras funcionan como adaptadores que reclutan sustratos para su procesamiento por parte de VCP. Algunas proteínas que interactúan con VCP también son enzimas, como la N-glicanasa, la ubiquitina ligasa y la desubiquitinasa, que ayudan a VCP en el procesamiento de los sustratos.
La mayoría de los cofactores se unen a VCP a través de su dominio N, pero algunos interactúan con la corta cola carboxi-terminal de VCP. Las proteínas representativas que interactúan con el dominio N son Ufd1, Npl4, p47 y FAF1. [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ] Ejemplos de cofactores que interactúan con la cola carboxi-terminal de VCP son PLAA, PNGase y Ufd2. [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]
Se ha estudiado la base molecular de la unión de cofactores para algunos cofactores que interactúan con el dominio N de VCP. El dominio N consta de dos subdominios de tamaño aproximadamente igual: el barril doble Y N-terminal y un barril b C-terminal ( Figura 3 ).

Los estudios estructurales muestran que muchas proteínas cofactoras se unen al dominio N en una hendidura formada entre los dos subdominios.
Entre los que se unen al dominio N de VCP, se encuentran dos motivos de secuencia que aparecen con mayor frecuencia: uno se llama motivo UBX (ubiquitina reguladora X) [ 42 ] y el otro se denomina VIM (motivo de interacción con VCP). [ 43 ] El dominio UBX es un módulo de 80 residuos con un plegamiento que se asemeja mucho a la estructura de la ubiquitina. El motivo de interacción con VCP (VIM) es un motivo de secuencia lineal ( RX5AAX2R ) que se encuentra en varios cofactores de VCP, incluidos gp78, [ 44 ] SVIP (proteína pequeña de interacción con VCP) [ 45 ] y VIMP (proteína de membrana de interacción con VCP). [ 46 ] Aunque el dominio UBX utiliza un bucle de superficie mientras que el VIM forma una hélice α para unirse a VCP, tanto UBX como VIM se unen en la misma ubicación entre los dos subdominios del dominio N ( Figura 3 ). [ 47 ] Se propuso que la unión jerárquica a distintos cofactores puede ser esencial para las amplias funciones de VCP. [ 48 ] [ 49 ]
Función
La VCP desempeña diversas funciones modulando la estabilidad y, por ende, la actividad de sus sustratos. Su función principal es separar las proteínas de grandes complejos proteicos o estructuras celulares inmóviles, como membranas o cromatina, permitiendo así que las moléculas proteicas liberadas sean degradadas por el proteasoma. Las funciones de la VCP se pueden agrupar en las siguientes tres categorías principales.
Control de calidad de las proteínas
La función mejor caracterizada de VCP es mediar una red de procesos de control de calidad de proteínas para mantener la homeostasis proteica . [ 50 ] Estos incluyen la degradación de proteínas asociada al retículo endoplasmático (ERAD) y la degradación asociada a las mitocondrias. [ 14 ] [ 51 ] En estos procesos, la hidrólisis de ATP por VCP es necesaria para extraer proteínas aberrantes de las membranas del RE o las mitocondrias. VCP también es necesaria para liberar productos de traducción defectuosos detenidos en el ribosoma en un proceso denominado degradación asociada al ribosoma. [ 52 ] [ 53 ] [ 54 ] Parece que solo después de la extracción de las membranas o grandes ensamblajes de proteínas como el ribosoma, los polipéptidos pueden ser degradados por el proteasoma. Además de esta función de "segregasa", VCP podría tener un papel adicional en el transporte de los polipéptidos liberados al proteasoma. Esta función de chaperona parece ser particularmente importante para la degradación de ciertas proteínas mal plegadas propensas a la agregación en el núcleo. [ 55 ] Varias líneas de evidencia también implican a p97 en la autofagia, un proceso que renueva las proteínas celulares (incluidas las mal plegadas) al engullirlas en vesículas rodeadas de doble membrana llamadas autofagosomas, pero el papel preciso de VCP en este proceso no está claro. [ 56 ]
Funciones asociadas a la cromatina
VCP también funciona ampliamente en el núcleo eucariota liberando moléculas de proteína de la cromatina de manera análoga a como lo hace en ERAD. [ 57 ] Los sustratos de VCP identificados incluyen el represor transcripcional α2 y el complejo de la ARN polimerasa (Pol) II y la helicasa de ADN CMG en la levadura de gemación, y el factor de licencia de replicación de ADN CDT1, las proteínas de reparación de ADN DDB2 y XPC, el regulador de la mitosis Aurora B y ciertas ADN polimerasas en células de mamíferos. Estos sustratos vinculan la función de VCP con la transcripción génica, la replicación y reparación del ADN y la progresión del ciclo celular.
Fusión y transporte de membranas
Estudios bioquímicos y genéticos también han implicado a VCP en la fusión de vesículas que conducen a la formación del aparato de Golgi al final de la mitosis. [ 58 ] Este proceso requiere el adaptador de unión a ubiquitina p47 y una desubiquitinasa asociada a p97, VCIP135, y por lo tanto conecta la fusión de membranas con las vías de la ubiquitina. Sin embargo, el papel preciso de VCP en la formación del Golgi no está claro debido a la falta de información sobre los sustratos relevantes. Estudios recientes también sugieren que VCP puede regular el tráfico de vesículas desde la membrana plasmática al lisosoma, un proceso denominado endocitosis. [ 56 ] Un equipo liderado por Arkin ha desarrollado inhibidores basados en fragmentos de anticuerpos para inhibir la interacción entre p97 y p47, modulando selectivamente el proceso de reensamblaje del Golgi. [ 59 ]
Importancia clínica
Vínculos con enfermedades humanas
Virginia Kimonis informó por primera vez en 2004 que las mutaciones en VCP causaban un síndrome caracterizado por demencia frontotemporal , miopatía por cuerpos de inclusión y enfermedad de Paget ósea. [ 60 ] En 2010, Bryan Traynor y Adriano Chiò también descubrieron que las mutaciones en VCP eran causa de esclerosis lateral amiotrófica . [ 61 ] Este descubrimiento fue notable, ya que representó un vínculo genético inicial entre dos enfermedades neurológicas dispares: la esclerosis lateral amiotrófica y la demencia frontotemporal. En 2020, Edward Lee describió una mutación hipomórfica distinta en VCP asociada con tauopatía vacuolar, un subtipo único de degeneración lobar frontotemporal con inclusiones de tau. [ 62 ]
Las mutaciones en VCP son un ejemplo de pleiotropía , donde las mutaciones en el mismo gen dan lugar a diferentes fenotipos. El término proteinopatía multisistémica (MSP) se ha acuñado para describir esta forma particular de pleiotropía. [ 63 ] Aunque la MSP es rara, el creciente interés en este síndrome se deriva de la información molecular que proporciona sobre la relación etiológica entre las enfermedades degenerativas comunes relacionadas con la edad que afectan al músculo, el hueso y el cerebro. Se ha estimado que aproximadamente el 50 % de los casos de MSP pueden ser causados por mutaciones de cambio de sentido que afectan al gen de la proteína que contiene valosina (VCP). [ 64 ]
Terapia contra el cáncer
El primer inhibidor de p97, Eeyarestatin (EerI), se descubrió mediante la selección y caracterización de compuestos que inhiben la degradación de un sustrato ERAD marcado con fluorescencia. [ 65 ] [ 66 ] El mecanismo de inhibición de VCP por EerI no está claro, pero cuando se aplica a células, induce fenotipos biológicos asociados con la inhibición de VCP, como la inhibición de ERAD, el aumento del estrés del RE y la inducción de apoptosis. Es importante destacar que EerI muestra una actividad significativa contra el cáncer in vitro, preferentemente contra células cancerosas aisladas de pacientes, y puede actuar en sinergia con el inhibidor del proteasoma bortezomib para eliminar células cancerosas. [ 67 ] Estas observaciones impulsan la idea de dirigir VCP como una posible terapia contra el cáncer. Esta idea se confirmó aún más mediante el estudio de varios inhibidores competitivos de ATP y alostéricos. [ 68 ] [ 69 ] [ 70 ] Más recientemente, se ha desarrollado un inhibidor de VCP potente y específico, CB-5083, que demuestra actividades anticancerígenas prometedoras en modelos de tumores de xenoinjerto en ratones. [ 71 ] El compuesto se está evaluando actualmente en un ensayo clínico de fase 1. [ 72 ]
Conferencias
Desde mediados de la década de 2010, se han celebrado una serie de reuniones internacionales para coordinar la investigación y la comprensión clínica de los trastornos causados por variantes del gen VCP . El primer taller de expertos, convocado por el Centro Neuromuscular Europeo (ENMC) en 2015, estableció un marco clínico compartido y prioridades de investigación para lo que entonces se denominaron proteinopatías multisistémicas relacionadas con VCP . [ 73 ] Las conferencias posteriores en 2021 y 2024 reunieron a investigadores académicos, clínicos y grupos de defensa de pacientes para revisar los avances en mecanismos moleculares, enfoques diagnósticos y desarrollo terapéutico. [ 74 ] [ 75 ] Estas reuniones han contribuido a la formación de colaboraciones internacionales en curso y registros de pacientes dedicados a enfermedades asociadas con VCP .
Notas
Referencias
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Enlaces externos
- Genes en el cromosoma 9 humano
- Artículos de Wikipedia con sus correspondientes artículos académicos revisados por pares.
- Artículos de Wikipedia con artículos correspondientes publicados en Gene