RAPGEF3 - RAPGEF3
Fator de troca de nucleotídeo de guanina Rap 3 também conhecido como fator de troca diretamente ativado por cAMP 1 (EPAC1) ou fator de troca de nucleotídeo de guanina regulado por cAMP I (cAMP-GEFI) é uma proteína que em humanos é codificada pelo gene RAPGEF3 .
Como o nome sugere, as proteínas EPAC (EPAC1 e EPAC2 ) são uma família de sensores intracelulares para cAMP e funcionam como fatores de troca de nucleotídeos para a subfamília Rap de pequenas GTPases semelhantes a RAS .
História e descoberta
Desde a descoberta histórica do segundo mensageiro prototípico cAMP em 1957, três famílias de receptores eucarióticos de cAMP foram identificadas para mediar as funções intracelulares de cAMP. Enquanto a proteína quinase A (PKA) ou proteína quinase dependente de cAMP e canal iônico regulado por nucleotídeo cíclico ( CNG e HCN ) foram inicialmente revelados em 1968 e 1985, respectivamente; Os genes EPAC foram descobertos em 1998 de forma independente por dois grupos de pesquisa. Kawasaki et al. identificou cAMP-GEFI e cAMP-GEFII como novos genes enriquecidos no cérebro usando um protocolo de exibição diferencial e por triagem de clones com motivo de ligação de cAMP. De Rooij e colegas realizaram uma pesquisa de banco de dados para proteínas com homologia de sequência para ambos GEFs para Ras e Rap1 e para locais de ligação de cAMP, o que levou à identificação e subsequente clonagem do gene RAPGEF3 . A descoberta dos sensores de cAMP da família EPAC sugere que a complexidade e as leituras possíveis de sinalização de cAMP são muito mais elaboradas do que anteriormente previsto. Isso se deve ao fato de que os efeitos fisiológicos líquidos do cAMP envolvem a integração das vias dependentes de EPAC e PKA, que podem atuar independentemente, convergir sinergicamente ou se opor na regulação de uma função celular específica.
Gene
O gene RAPGEF3 humano está presente no cromossomo 12 (12q13.11: 47.734.367-47.771.041). Das muitas variantes de transcrição previstas , três que são validadas no banco de dados do NCBI incluem a variante de transcrição 1 (6.239 pb), 2 (5.773 pb) e 3 (6.003 pb). Enquanto a variante 1 codifica EPAC1a (923 aminoácidos), ambas as variantes 2 e 3 codificam EPAC1b (881 aminoácidos).
Família de proteínas
Em mamíferos, a família de proteínas EPAC contém dois membros: EPAC1 (esta proteína) e EPAC2 ( RAPGEF4 ). Eles ainda pertencem a uma família mais estendida de proteínas GEF específicas de Rap / Ras que também incluem C3G ( RAPGEF1 ), PDZ-GEF1 ( RAPGEF2 ), PDZ-GEF2 ( RAPGEF6 ), Repac ( RAPGEF5 ), CalDAG-GEF1 ( ARHGEF1 ), CalDAG-GEF3 ( ARHGEF3 ), PLCε1 ( PLCE1 ) e RasGEF1A , B , C .
Estrutura da proteína e mecanismo de ativação
As proteínas EPAC consistem em dois lobos / metades estruturais conectados pela chamada região central do “painel de controle”. O lobo regulador do terminal N é responsável pela ligação do cAMP, enquanto o lobo do terminal C contém a atividade do fator de troca de nucleotídeos. No estado basal livre de cAMP, EPAC é mantido em uma conformação auto-inibitória, na qual o lobo N-terminal se dobra no topo do lobo C-terminal, bloqueando o sítio ativo. A ligação de cAMP a EPAC induz um movimento de dobradiça entre as metades reguladora e catalítica. Como consequência, o lobo regulador se afasta do lobo catalítico, liberando o sítio ativo. Além disso, o cAMP também induz mudanças conformacionais dentro do lobo regulador que levam à exposição de um motivo de ligação de lipídios, permitindo o direcionamento adequado de EPAC1 para a membrana plasmática. Mudanças entropicamente favoráveis na dinâmica da proteína também foram implicadas na ativação de EPAC mediada por cAMP.
Distribuição de tecido e localização celular
A expressão de mRNA de EPAC1 em humanos e camundongos é bastante onipresente. De acordo com a documentação do Human Protein Atlas, o mRNA de EPAC1 é detectável em todos os tecidos humanos normais. Além disso, níveis médios a altos da proteína correspondente também são mensuráveis em mais de 50% das 80 amostras de tecido analisadas. Em camundongos, altos níveis de EPAC1 mRNA são detectados no rim, ovário, músculo esquelético, tireóide e certas áreas do cérebro.
EPAC1 é uma proteína multifuncional cujas funções celulares são rigidamente reguladas de maneiras espaciais e temporais. EPAC1 está localizado em vários locais subcelulares durante diferentes estágios do ciclo celular. Por meio de interações com uma série de parceiros celulares, EPAC1 demonstrou formar sinalizadores discretos na membrana plasmática, envelope nuclear e citoesqueleto, onde EPAC1 regula várias funções celulares.
Relevância clinica
Estudos baseados em modelos de camundongos geneticamente modificados de EPAC1 forneceram informações valiosas para a compreensão das funções in vivo de EPAC1 em condições fisiológicas e fisiopatológicas. No geral, os camundongos com deficiência de EPAC1 ou EPAC1 e EPAC2 parecem relativamente normais, sem defeitos fenotípicos maiores. Estas observações são consistentes com o fato de que o cAMP é um sinal importante de resposta ao estresse, não essencial para a sobrevivência. Isso torna o EPAC1 um alvo atraente para intervenção terapêutica, pois a toxicidade no alvo da terapêutica baseada em EPAC será provavelmente baixa. Até o momento, as análises genéticas e farmacológicas do EPAC1 em camundongos revelaram que o EPAC1 desempenha papéis importantes no estresse cardíaco e na insuficiência cardíaca , resistência à leptina e homeostase energética , dor crônica , infecção , metástase do câncer , metabolismo e hemostasia secundária . Curiosamente, os camundongos deficientes em EPAC1 têm tempo de coagulação prolongado e menos plaquetas sanguíneas, mais jovens, maiores e mais responsivas ao agonista . EPAC1 não está presente em plaquetas maduras, mas é necessário para megacariopoiese normal e a expressão subsequente de várias proteínas importantes envolvidas nas funções principais das plaquetas.
Agonistas e antagonistas farmacológicos
Tem havido interesse significativo na descoberta e desenvolvimento de pequenos moduladores específicos para proteínas EPAC para melhor compreensão das funções de sinalização de cAMP mediada por EPAC, bem como para explorar o potencial terapêutico de direcionar proteínas EPAC. O projeto baseado em estrutura visando a diferença chave entre os locais de ligação de cAMP de EPAC e PKA levou à identificação de um análogo de cAMP, 8-pCPT-2'-O-Me-cAMP que é capaz de ativar seletivamente EPAC1. Outras modificações permitiram o desenvolvimento de agonistas específicos de EPAC mais permeáveis à membrana e metabolicamente estáveis .
Um esforço de triagem de alto rendimento resultou na descoberta de vários novos inibidores específicos de EPAC (ESIs), entre os quais dois ESIs atuam como antagonistas seletivos de EPAC2 com atividade insignificante para EPAC1. Outro ESI, CE3F4, com modesta seletividade para EPAC1 sobre EPAC2, também foi relatado. A descoberta de antagonistas específicos do EPAC representa um marco de pesquisa que permite a manipulação farmacológica da atividade do EPAC. Em particular, um antagonista EPAC , ESI-09, com excelente atividade e toxicidade mínima in vivo, mostrou ser uma ferramenta farmacológica útil para sondar funções fisiológicas de proteínas EPAC e para testar o potencial terapêutico de direcionamento de EPAC em modelos de doenças animais.
Notas
Referências
Leitura adicional
- Chen H, Wild C, Zhou X, Ye N, Cheng X, Zhou J (maio de 2014). "Avanços recentes na descoberta de pequenas moléculas direcionadas a proteínas de troca ativadas diretamente por cAMP (EPAC)" . Journal of Medicinal Chemistry . 57 (9): 3651–65. doi : 10.1021 / jm401425e . PMC 4016168 . PMID 24256330 .
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