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Proteína fosfatasa 1

La PP1 desempeña un papel fundamental en el metabolismo del glucógeno al ser responsable de la interconversión entre la fosforilasa a y b. La proteína fosfatasa 1 ( PP1 ) perten...

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La PP1 desempeña un papel fundamental en el metabolismo del glucógeno al ser responsable de la interconversión entre la fosforilasa a y b.

La proteína fosfatasa 1 ( PP1 ) pertenece a la familia de las fosfatasas de fosfoproteínas (PPP) y elimina grupos fosfato de la fosfoserina y la fosfotreonina. [ 1 ] Se ha descubierto que la PP1 es importante en el control del metabolismo del glucógeno , la contracción muscular , la progresión celular, las actividades neuronales, el empalme del ARN , la mitosis , [ 2 ] la división celular, la apoptosis , la síntesis de proteínas y la regulación de receptores y canales de membrana. [ 3 ]

Estructura

Cada enzima PP1 contiene tanto una subunidad catalítica como al menos una subunidad reguladora . [ 4 ] [ 5 ] La subunidad catalítica consiste en una proteína de dominio único de 30 kD que puede formar complejos con otras subunidades reguladoras. La subunidad catalítica está altamente conservada entre todos los eucariotas , lo que sugiere un mecanismo catalítico común. La subunidad catalítica puede formar complejos con varias subunidades reguladoras. Estas subunidades reguladoras juegan un papel importante en la especificidad del sustrato, así como en la compartimentalización . Algunas subunidades reguladoras comunes incluyen GM (PPP1R3A) y GL (PPP1R3B), que reciben su nombre de sus lugares de acción dentro del cuerpo (músculo e hígado respectivamente), [ 6 ] Mientras que la levadura S. cerevisiae solo codifica una subunidad catalítica, los mamíferos tienen cuatro isoenzimas codificadas por tres genes, cada una de las cuales atrae un conjunto diferente de subunidades reguladoras. [ 5 ] La regulación de estos diferentes procesos la llevan a cabo distintas holoenzimas PP1 que facilitan la complejación de la subunidad catalítica PP1 con varias subunidades reguladoras. [ 5 ] y PPP1R3G .

Se dispone de datos estructurales cristalográficos de rayos X para la subunidad catalítica PP1. [ 4 ] La subunidad catalítica de PP1 forma un plegamiento α/β con un sándwich β central dispuesto entre dos dominios α-helicoidales. La interacción de las tres láminas β del sándwich β crea un canal para la actividad catalítica, ya que es el sitio de coordinación de iones metálicos. [ 7 ] Estos iones metálicos se han identificado como Mn y Fe, y su coordinación se produce mediante tres histidinas, dos ácidos aspárticos y una asparagina. [ 8 ]

El mecanismo PP1 implica el uso de un ion dimetálico y agua activadora.

Mecanismo catalítico

El mecanismo implica la unión de dos iones metálicos al agua y su activación, lo que inicia un ataque nucleofílico sobre el átomo de fósforo. [ 9 ]

Inhibidores exógenos

Entre los posibles inhibidores se incluyen diversas toxinas naturales como el ácido okadaico , un veneno diarreico de mariscos, un potente promotor tumoral y la microcistina . [ 10 ] La microcistina es una toxina hepática producida por algas verdeazuladas y contiene una estructura de heptapéptido cíclico que interactúa con tres regiones distintas de la superficie de la subunidad catalítica de PP1. [ 11 ] La estructura de MCLR no cambia al formar un complejo con PP1, pero la subunidad catalítica de PP1 sí lo hace para evitar los efectos estéricos de la tirosina 276 de PP1 y la cadena lateral de Mdha de MCLR. [ 8 ]

El ácido cantaridico también es un inhibidor de PP1. [ 12 ]

Función biológica y regulación

PP1 desempeña un papel crucial en la regulación de los niveles de glucosa en sangre en el hígado y el metabolismo del glucógeno. PP1 es importante para la regulación recíproca del metabolismo del glucógeno al asegurar la regulación opuesta de la degradación y síntesis de glucógeno. Un regulador clave de PP1 es la glucógeno fosforilasa a , que actúa como sensor de glucosa en los hepatocitos . [ 13 ] Cuando los niveles de glucosa son bajos, la fosforilasa a en su estado activo R tiene a PP1 fuertemente unida. Esta unión a la fosforilasa a impide cualquier actividad fosfatasa de PP1 y mantiene la glucógeno fosforilasa en su configuración fosforilada activa. Por lo tanto, la fosforilasa a acelerará la degradación del glucógeno hasta que se alcancen niveles adecuados de glucosa. [ 13 ] Cuando las concentraciones de glucosa son demasiado altas, la fosforilasa a se convierte a su estado inactivo, T. Al cambiar la fosforilasa a a su estado T, PP1 se disocia del complejo. Esta disociación activa la glucógeno sintasa y convierte la fosforilasa a en fosforilasa b . La fosforilasa b no se une a PP1, lo que permite que PP1 permanezca activada. [ 13 ]

Cuando los músculos del cuerpo señalan la necesidad de degradación de glucógeno y un aumento de la glucosa en sangre, la PP1 se regula en consecuencia. La proteína quinasa A ( proteína quinasa dependiente de cAMP ) puede reducir la actividad de la PP1. La región de unión al glucógeno, GM, se fosforila, lo que provoca su disociación de la unidad catalítica PP1. [ 13 ] Esta separación de la unidad catalítica PP1, el glucógeno y otros sustratos causa una disminución significativa de la desfosforilación. Además, cuando otros sustratos se fosforilan por la proteína quinasa A, pueden unirse a la subunidad catalítica de la PP1 e inhibirla directamente. [ 13 ] Finalmente, la glucógeno fosforilasa se mantiene en su forma activa y la glucógeno sintasa en su forma inactiva. Independientemente de la inhibición de la PP1, el glucagón también mantiene activa la fosforilasa quinasa a través del cAMP, manteniendo así activa la glucógeno fosforilasa.

Cuando el nivel de azúcar en sangre es alto, las células beta del páncreas secretan insulina , lo que activa indirectamente la glucógeno sintasa y desencadena la síntesis de glucógeno. Si bien se sabe desde finales de la década de 1990 que la PP1 es una de las fosfatasas más importantes implicadas en la acción de la insulina, [ 14 ] los mecanismos precisos mediante los cuales la insulina regula la PP1 se han descubierto más recientemente.

Un estudio de 2019 realizado por investigadores de Tsinghua , Fudan y la Universidad de la Academia China de Ciencias demostró, tanto en experimentos de cultivo celular como en ratones con silenciamiento de PPP1R3G, que Akt (proteína quinasa B) fosforila directamente la subunidad reguladora 3G de la proteína fosfatasa 1 (PPP1R3G) , la cual se une al complejo PP1, activando su actividad fosfatasa. El estudio demostró que la PPP1R3G fosforilada también podía unirse a la glucógeno sintasa fosforilada (p-GS) de forma independiente y reclutar p-GS hacia PP1, permitiendo que PP1 desfosforilara y, por lo tanto, activara la glucógeno sintasa independientemente de GSK3 (que ya se sabe que es inhibida por Akt). [ 15 ]

Relevancia clínica

En la enfermedad de Alzheimer, la hiperfosforilación de la proteína asociada a los microtúbulos inhibe el ensamblaje de estos en las neuronas. Investigadores del Instituto Estatal de Nueva York para la Investigación Básica en Discapacidades del Desarrollo demostraron que la actividad de la fosfatasa tipo 1 es significativamente menor tanto en la sustancia gris como en la blanca de los cerebros con enfermedad de Alzheimer. [ 16 ] Esto sugiere que las fosfatasas disfuncionales desempeñan un papel en la enfermedad de Alzheimer.

Regulación de la transcripción del VIH -1 por la proteína fosfatasa 1 (PP1). Se ha reconocido que la proteína fosfatasa-1 (PP1) actúa como un importante regulador de la transcripción del VIH-1. Investigadores de la Universidad de Howard demostraron que la proteína Tat dirige la PP1 al núcleo y que la interacción resultante es importante para la transcripción del VIH-1. [ 17 ] Esta proteína también contribuye a la patogénesis del virus del Ébola al desfosforilar el activador de la transcripción viral VP30, lo que le permite producir ARNm virales. La inhibición de la PP1 impide la desfosforilación de VP30, lo que a su vez impide la producción de ARNm viral y, por consiguiente, de proteína viral. Sin embargo, la polimerasa L viral aún es capaz de replicar genomas virales sin la desfosforilación de VP30 por la PP1. [ 18 ]

La proteína ICP34.5 del virus del herpes simple también activa la proteína fosfatasa 1, que supera la respuesta de estrés celular a la infección viral; la proteína quinasa R es activada por el ARN bicatenario del virus , y la proteína quinasa R fosforila una proteína llamada factor de iniciación eucariótico-2A (eIF-2A), que inactiva eIF-2A. EIF-2A es necesario para la traducción , por lo que al desactivar eIF-2A, la célula impide que el virus secuestre su propia maquinaria de síntesis de proteínas. Los herpesvirus, a su vez, desarrollaron ICP34.5 para superar la defensa; ICP34.5 activa la proteína fosfatasa-1A, que desfosforila eIF-2A, permitiendo que la traducción se reanude. ICP34.5 comparte el dominio regulador C-terminal ( InterPro : IPR019523 ) con la subunidad 15A/B de la proteína fosfatasa 1. [ 19 ] 

Subunidades

La proteína fosfatasa 1 es una enzima multimérica que puede contener las siguientes subunidades: [ 20 ]

Como se describió anteriormente, una subunidad catalítica siempre se empareja con una o más subunidades reguladoras. El motivo de secuencia central para la unión a la subunidad catalítica es "RVxF", pero motivos adicionales permiten el uso de sitios adicionales. Algunos complejos con dos subunidades reguladoras unidas fueron descritos en 2002 y 2007. [ 5 ]

Referencias

  1. ↑ Brautigan DL, Shenolikar S (junio de 2018). "Proteína serina/treonina fosfatasas: claves para descifrar reguladores y sustratos". Annual Review of Biochemistry . 87 : 921–64 . doi : 10.1146/annurev-biochem-062917-012332 . PMID 29925267 . 
  2. ↑ Tournebize R, Andersen SS, Verde F, Dorée M, Karsenti E, Hyman AA (septiembre de 1997). "Funciones distintas de las fosfatasas PP1 y PP2A en el control de la dinámica de los microtúbulos durante la mitosis" . The EMBO Journal . 16 (18): 5537–49 . doi : 10.1093/ emboj /16.18.5537 . PMC 1170186. PMID 9312013 .  
  3. ↑ Fong NM, Jensen TC, Shah AS, Parekh NN, Saltiel AR, Brady MJ (noviembre de 2000). "Identificación de sitios de unión en proteínas dirigidas al glucógeno para enzimas del metabolismo del glucógeno" . The Journal of Biological Chemistry . 275 (45): 35034–9 . doi : 10.1074/jbc.M005541200 . PMID 10938087 . 
  4. 1 2 Goldberg J, Huang HB, Kwon YG, Greengard P, Nairn AC, Kuriyan J (agosto de 1995). " Estructura tridimensional de la subunidad catalítica de la proteína serina/treonina fosfatasa-1". Nature . 376 (6543): 745– 53. Bibcode : 1995Natur.376..745G . doi : 10.1038/376745a0 . PMID 7651533. S2CID 4256743 .  
  5. 1 2 3 4 Virshup DM, Shenolikar S (marzo de 2009). "De la promiscuidad a la precisión: las fosfatasas de proteínas se renuevan" . Molecular Cell . 33 (5): 537– 45. doi : 10.1016/j.molcel.2009.02.015 . PMID 19285938 . 
  6. ↑ Armstrong CG, Browne GJ, Cohen P, Cohen PT (noviembre de 1997). "PPP1R6, un nuevo miembro de la familia de subunidades dirigidas al glucógeno de la proteína fosfatasa 1". FEBS Letters . 418 ( 1– 2): 210– 4. Bibcode : 1997FEBSL.418..210A . doi : 10.1016/S0014-5793(97)01385-9 . PMID 9414128 . S2CID 21169749 .  
  7. ↑ Egloff MP, Johnson DF, Moorhead G, Cohen PT, Cohen P, Barford D (abril de 1997). "Base estructural para el reconocimiento de subunidades reguladoras por la subunidad catalítica de la proteína fosfatasa 1" . The EMBO Journal . 16 (8): 1876–87 . doi : 10.1093/ emboj /16.8.1876 . PMC 1169791. PMID 9155014 .  
  8. 1 2 Barford D, Das AK, Egloff MP (1998). "La estructura y el mecanismo de las fosfatasas de proteínas: perspectivas sobre la catálisis y la regulación". Annual Review of Biophysics and Biomolecular Structure . 27 : 133–64 . doi : 10.1146/annurev.biophys.27.1.133 . PMID 9646865 . 
  9. ↑ Zhang Y, Zhang M, Zhang Y (marzo de 2011). "Estructura cristalina de Ssu72, una fosfatasa eucariota esencial específica para el dominio C-terminal de la ARN polimerasa II, en complejo con un análogo del estado de transición". The Biochemical Journal . 434 (3): 435–44 . doi : 10.1042/BJ20101471 . PMID 21204787 . 
  10. ↑ Wera S, Hemmings BA (octubre de 1995). "Serina/treonina proteínas fosfatasas" . The Biochemical Journal . 311 (Pt 1) (1): 17–29 . doi : 10.1042/ bj3110017 . PMC 1136113. PMID 7575450 .  
  11. ↑ MacKintosh C , Beattie KA, Klumpp S, Cohen P, Codd GA (mayo de 1990). "La microcistina-LR cianobacteriana es un inhibidor potente y específico de las fosfatasas de proteínas 1 y 2A tanto de mamíferos como de plantas superiores" . FEBS Letters . 264 (2): 187– 92. Bibcode : 1990FEBSL.264..187M . doi : 10.1016/0014-5793(90)80245-E . PMID 2162782 . S2CID 27643473 .  
  12. ↑ "Ácido cantárico | CAS 28874-45-5" .
  13. ^ Berg JM, Stryer L, Tymoczko JL ( 24 de diciembre de 2010). Bioquímica (7ª ed.). Nueva York: WH Freeman. ISBN  978-1-4292-2936-4.
  14. ↑ Brady M, Saltiel A (1 de enero de 2001). "El papel de la proteína fosfatasa-1 en la acción de la insulina" (PDF) . Recent Prog Horm Res . 56 : 157–173 . doi : 10.1210/rp.56.1.157 . PMID 11237211. Consultado el 15 de diciembre de 2023 . 
  15. ↑ Li Q, Zhao Q, Zhang J, Linkang L, Wenhao W, Chua B, Chen Y, Xu L, Li P (24 de septiembre de 2019). "El complejo de la proteína fosfatasa 1 es un objetivo directo de AKT que vincula la señalización de la insulina con la deposición de glucógeno hepático" . Cell Reports . 28 (13): 3406–3422 . doi : 10.1016/j.celrep.2019.08.066 . PMID 31553910 . 
  16. ↑ Gong CX, Singh TJ, Grundke-Iqbal I, Iqbal K (septiembre de 1993). "Actividades de la fosfatasa de fosfoproteínas en el cerebro con enfermedad de Alzheimer". Journal of Neurochemistry . 61 (3): 921–7 . doi : 10.1111/j.1471-4159.1993.tb03603.x . PMID 8395566. S2CID 30225343 .  
  17. ↑ Nekhai S, Jerebtsova M, Jackson A, Southerland W (enero de 2007). "Regulación de la transcripción del VIH-1 por la proteína fosfatasa 1". Current HIV Research . 5 (1): 3– 9. doi : 10.2174/157016207779316279 . PMID 17266553. S2CID 12105058 .  
  18. ^ Ilinykh PA, Tigabu B, Ivanov A, Ammosova T, Obukhov Y, Garron T, Kumari N, Kovalskyy D, Platonov MO, Naumchik VS, Freiberg AN, Nekhai S, Bukreyev A (agosto de 2014). "Papel de la proteína fosfatasa 1 en la desfosforilación de la proteína VP30 del virus del Ébola y su orientación para la inhibición de la transcripción viral" . La Revista de Química Biológica . 289 (33): 22723– 38. doi : 10.1074/jbc.M114.575050 . PMC 4132779 . PMID 24936058 .  
  19. ↑ Agarwalla PK, Aghi MK (2012). "Ingeniería y preparación del virus del herpes simple oncolítico". Virus oncolíticos . Métodos en biología molecular. Vol. 797. págs. 1–19 . doi : 10.1007/978-1-61779-340-0_1 . ISBN   978-1-61779-339-4. PMID 21948465 . 
  20. ↑ Cohen PT (enero de 2002). "Proteína fosfatasa 1: objetivo en múltiples direcciones". Journal of Cell Science . 115 (Pt 2): 241– 56. doi : 10.1242/jcs.115.2.241 . PMID 11839776 .