Autofosforilação - Autophosphorylation
A autofosforilação é um tipo de modificação pós-tradução de proteínas . Geralmente é definida como a fosforilação da quinase por si só. Em eucariotos , esse processo ocorre pela adição de um grupo fosfato a resíduos de serina , treonina ou tirosina em proteínas quinases, normalmente para regular a atividade catalítica. A autofosforilação pode ocorrer quando o próprio sítio ativo de uma cinases catalisa a reação de fosforilação (autofosforilação cis), ou quando outra quinase do mesmo tipo fornece o sítio ativo que realiza a química (autofosforilação trans). O último geralmente ocorre quando as moléculas de quinase se dimerizam. Em geral, os grupos fosfato introduzidos são fosfatos gama de trifosfatos de nucleosídeo , mais comumente ATP .
Função
As proteínas quinases, muitas das quais são reguladas por autofosforilação, são vitais no controle da proliferação, diferenciação, metabolismo, migração e sobrevivência celular. Mutações nos genes que os codificam ou em seus ativadores ou repressores em potencial podem afetar qualquer número de funções dentro de um organismo. A fosforilação é facilmente revertida por fosfatases . Portanto, é um método eficaz de ativar e desativar a atividade da quinase. Por isso, é reconhecido como um processo essencial na sinalização celular. A adição de um grupo fosfato carregado negativamente provoca uma mudança no microambiente que pode levar à atração ou repulsão de outros resíduos ou moléculas. O resultado pode ser uma mudança conformacional para expor ou ocultar sedes catalíticas ou alostéricas da superfície. Se o resíduo fosforilado residir dentro da própria sede catalítica, ele pode facilitar ou impedir a ligação do substrato por meio de interação de carga, ou fornecendo ou prevenindo formas complementares necessárias para o reconhecimento molecular. Além disso, o grupo fosfato produz várias áreas potenciais para ligações de hidrogênio ou estabelecimento de pontes de sal, das quais a última geralmente envolve um resíduo de arginina .
A ligação de moléculas efetoras pode ser afetada de maneira semelhante se o resíduo fosforilado fizer parte do sítio alostérico . A autofosforilação também foi relatada como tendo um efeito na capacidade da célula para endocitose e proteólise .
Processo e estrutura
As quinases são fosforiladas em resíduos de serina e / ou treonina ou apenas em resíduos de tirosina. Isso serve como um meio de classificá-los como Ser / Thr- ou Tyr-quinases. Vários resíduos dentro da estrutura primária podem ser autofosforilados simultaneamente. Os fosfoacceptores freqüentemente residem em loops na estrutura da proteína apropriadamente denominados ' loops de ativação '. As estruturas de alguns complexos de autofosforilação são conhecidas a partir de cristais de proteínas quinases em que o local de fosforilação (Ser, Thr ou Tyr) de um monômero no cristal está situado no local ativo de outro monômero do cristal de uma maneira semelhante à conhecida estruturas peptídeo-substrato / quinase. As estruturas conhecidas incluem:
- Locais de fosforilação de Tyr em regiões de justamembrana:
- cKIT humano, Tyr568 (PDB: 1PKG)
- CSF1R humano, Tyr561 (PDB: 3LCD, homólogo ao local cKIT)
- EPHA2 humano, Tyr594 (PDB: 4PDO, dois resíduos após os locais cKIT e CSF1R)
- Locais de fosforilação de Tyr em regiões de inserção de quinase:
- FGFR1 humano, Tyr583 (PDB: 3GQI)
- FGFR3 humano, Tyr577 (PDB: 4K33, homólogo ao sítio FGFR1, interface de domínio idêntica à estrutura do FGFR1)
- Locais de fosforilação de Tyr em loops de ativação:
- IGF1R humano, Tyr1165 (PDB: 3D94)
- IGF1R humano, Tyr1166 (PDB: 3LVP)
- LCK humano, Tyr394 (PDB: 2PL0, homólogo ao sítio IGF1R Tyr1165)
- Locais de fosforilação Ser / Thr em loops de ativação:
- PAK1, Thr423 humana (PDB: 3Q4Z, 4O0R, 4O0T, 4P90, 4ZLO, 4ZY4, 4ZY5, 4ZY6, 5DEY; as estruturas 4ZY4 e 4ZY5 fornecem coordenadas completas para o loop de ativação do substrato)
- IRAK4 humano, Thr345 (PDB: 4U97, 4U9A)
- Locais de fosforilação Ser / Thr das caudas N ou C terminais:
- C. elegans CaMKII, cauda C-terminal, Thr284 (PDB: 3KK8, 3KK9)
- CaMKII humano, cauda C-terminal, Thr287 (PDB: 2WEL, homólogo ao sítio C. elegans)
- CLK2 humano, cauda N-terminal, Ser142 (PDB: 3NR9)
Em geral, as estruturas de fosforilação de alças internas envolvem contatos de domínio-domínio importantes que foram confirmados por mutagênese dirigida ao local, enquanto a fosforilação de posições nas caudas N ou C terminais a mais de 10 aminoácidos de distância do domínio quinase, não envolve importantes contatos domínio-domínio longe do local de ligação do substrato.
Vias de sinalização e trans-autofosforilação
Entre várias moléculas, os receptores tirosina quinases (RTKs) desempenham um papel crítico na transdução de sinais por meio de uma variedade de vias de sinalização . Todos os RTKs consistem em uma região extracelular de ligação ao ligante , uma única hélice transmembranar e uma região citoplasmática (o domínio tirosina quinase). Antes da estimulação do ligante, a maioria dos RTKs apresenta-se como um monômero na superfície das células. A ligação do ligando ao domínio extracelular induz a dimerização . A dimerização dos RTKs leva à autofosforilação da tirosina no núcleo catalítico do dímero e, finalmente, à estimulação da atividade da tirosina quinase e da sinalização celular. É, portanto, um exemplo de uma reação de trans-autofosforilação, onde uma subunidade de receptor do dímero fosforila a outra subunidade.
Exemplos de RTKs que sofrem autofosforilação
Receptor do fator de crescimento epidérmico
Um exemplo de RTKs que sofrem autofosforilação é o receptor do fator de crescimento epidérmico (EGFR). EGFR foi o primeiro exemplo de RTKs descoberto. Após a ligação do ligante, uma mudança conformacional ocorre nos monômeros EGFR. Isso leva à dimerização do EGFR. A dimerização aproxima os dois receptores. Isso estimula a atividade da quinase do EGFR, que leva à transautofosforilação em vários resíduos de tirosina na extremidade C-terminal da molécula. O resíduo de tirosina fosforilado pode então servir como um local de ancoragem para proteínas de sinalização a jusante. (Figura 1).
Receptores de insulina
Outro exemplo é a ligação da insulina aos receptores de insulina . Uma vez liberada na corrente sanguínea, a insulina pode se ligar a receptores na superfície das células musculares ou em outros tecidos. Este receptor é uma proteína com estrutura quaternária (αβ) 2 . As duas grandes subunidades α são extracelulares, enquanto as subunidades β menores têm um domínio transmembranar, bem como domínios extra e intracelulares. Na ausência de insulina, os dois domínios intracelulares das subunidades β estão relativamente distantes. A ligação com a insulina desencadeia uma mudança conformacional no receptor que os aproxima. Cada domínio intracelular da subunidade β é uma tirosina quinase que fosforila seu parceiro no receptor.
Câncer
Quinases Src
As quinases da família Src são exemplos de proteínas que utilizam autofosforilação para sustentar seus estados ativados. As quinases Src estão envolvidas nas vias de sinalização intracelular que influenciam o crescimento celular e a força de adesão celular. Este último contribui para o controle da migração celular. Desta forma, a desregulação da src-quinase pode aumentar o crescimento do tumor e o potencial invasivo das células cancerosas. A atividade das quinases src é regulada tanto por fosforilação quanto por interações intramoleculares envolvendo os domínios SH2 e SH3 . O provável mecanismo de ativação da src quinase no câncer é o seguinte:
- 1. A src quinase é mantida em uma forma inativa através da ligação de SH2 a uma fosfotirosina
- 2. A desfosforilação de tyr-527 libera o domínio SH2, bem como o domínio SH3.
- 3. A autofosforilação subsequente de tyr-416 ativa a quinase.
- 4. A ativação constitutiva da src quinase observada no câncer pode ser devido à deleção de tyr-527, deslocamento de SH3 e interações mediadas por SH2 por ligantes de alta afinidade com tyr-416 constantemente autofosforilado (Fig. 2).
Ataxia telangiectasia mutada quinase (ATM quinase)
ATM quinase, um membro da família PI3 de serina / treonina quinases desempenha um papel crítico na manutenção da estabilidade do genoma, que é de importância fundamental para a sobrevivência de todos os organismos. Ele exerce seu efeito pela fosforilação de proteínas alvo, como P53 , MDM2 e chk2 . A ativação do ATM é facilitada por autofosforilação. O ATM inativo existe como dímero, onde o domínio quinase de um monômero é ligado ao domínio interno do outro monômero, contendo ser-1981. Portanto, será inacessível a substratos celulares. Em resposta ao dano ao DNA, o domínio da quinase de um monômero fosforila ser-1981 do outro ATM interagindo, resultando na dissociação da subunidade e na ativação do ATM. O ATM ativado dispara uma sequência de eventos, incluindo a parada do ciclo celular, que dá tempo para o reparo do DNA danificado. Se o DNA danificado não for reparado, pode levar à morte celular ou instabilidade genômica, câncer e outras patologias.