Una fosfatasa és una classe d'enzim que elimina un grup fosfat del seu substrat per hidròlisi de l'àcid fosfòric monoèster cap a l'ió fosfat i una molècula amb un grup hidroxil lliure, el procés és anomenat defosforilació, Aquest procés és l'oposat al de les proteïnes fosforilases i quinases, les quals uneixen grups fosfat als seus substrats utilitzant l'energia de l'ATP.
Una tercera part de les proteïnes de les cèl·lules eucariotes estan controlades per la fosforilació, de forma específica, d'un residu de serina, treonina i/o de tirosina. El genoma dels mamífers codifica pels voltants d'unes 100 proteïnes tirosina quinases i proteïnes tirosina fosfatases. El nombre de serina/treonina quinases és d'unes 400 però només d'unes 25 serina/treonina proteïnes fosfatases.
Els fenòmens de fosforilació i defosforilació regulen la majoria de punts claus dels processos cel·lulars. La pèrdua del control de la fosforilació pot tenir conseqüències fatals com un excés de proliferació cel·lular o la mort cel·lular. Un punt clau en el control per fosforilació és l'especificitat del procés en un moment concret i en un lloc concret. Existeixen diversos mecanismes que garanteixen aquesta especificitat, com les proteïnes reguladores que s'associen a les fosfatases per conferir-los-hi especificitat de substrat, localització subcel·lular o activació de l'activitat enzimàtica. La fosforilació d'una proteïna pot resultar en la regulació de la seva activitat, la seva localització cel·lular, la seva estabilitat cel·lular, o en conferir l'especificitat en la interacció amb altres proteïnes.Cohen, P. (2000) The regulation of protein function by multisite phosphorylation: a 25 year update. Trends Biochem. Sci. 25, 596–601
Classificació Les proteïnes poden ser fosforiladas en nou diferents residus d'aminoàcid. Aquests són la tirosina, treonina, cisteïna, arginina, lisina, àcid aspàrtic, àcid glutàmic i la histidina. Però són la tirosina, la treonina, i la serina els aminoàcids predominantment fosforilats en cèl·lules eucariotes, i implicades en la regulació cel·lular.Hunter, T. (2004) Protein phosphorylation: what does the future hold? In Life Sciences for the 21st Century (Ehud Keinan, I.S. and Sela, M., ed.), p. 191–223, Wiley, Hoboken, NJ
Les proteïnes fosfatases poden ser classificades depenent del tipus de substrat.
Tirosina fosfatasa Serina/Treonina fosfatasa Fosfatases duals (poden defosforilar tant residus de serina, treonina com de tirosina) Histidina fosfatasa Fosfatases de lípids
Proteïna Tirosina fosfatasa (PTP) Les proteïnes tirosina fosfatases (PTPs, EC 3.1.3.48) hidrolitzen grups fosfats de residus de tirosina de le proteïnes. La fosforilació de tirosines és una modificació post-traduccional que pot generar nous motius de reconeixement entre proteïnes en processos de senyalització cel·lular, relocalització sub-cel·lular, modificació de l'estabilitat en la vida mitjana de la proteïna, o regular l'activitat enzimàtica.
Conjuntament amb les proteïnes tirosina quinases, les PTPs tenen un paper en la transducció de la senyalització cel·lular, i s'han involucrat en fenòmens com el creixement cel·lular, la diferenciació cel·lular, el cicle cel·lular, adhesio, migració cel·lularAngers-Loustau, A., Cote, J. F. and Tremblay, M. L. (1999b). Roles of protein tyrosine phosphatases in cell migration and adhesion. Biochem. Cell Biol.77, 493-505. i la transformació oncogènica.
Totes les PTPs presenten el motiu (seqüència conservada) C(X)5R en el centre catalític. Donat el seu mecanisme de defosforilació les PTPs es classifiquen en quatre classes.
Classe I La classe I de PTPs compren 99 diferent fosfatases, definint així, la classe de PTPs més gran. Dins aquesta classe hi han 21 PTPs associades a receptors, 11 fosfatases de proteínes quinases activades per mitògens (Mitogen-activated-protein-kinases, MAPK), entre d'altres.
Classe II Conté un sol membre, una PTP de baix pes molecular, (low-molecular-weight phosphotyrosine phosphatase, LMPTP)
Classe III Conté tres membres, Cdc25 A, B i C.Denu, J. M. and Dixon, J. E. (1998). Protein tyrosine phosphatases: mechanisms of catalysis and regulation. Curr. Opin. Chem. Biol. 2, 633-641
Classe iV LA classe IV conté quatre membres, Eya 1 - 4.
Serina/treonina fosfatases Eliminen grups fosfats de residus de serina o de treonina de les proteïnes, pel control de la seva activitat enzimàtica, la seva localització cel·lular o la interacció amb altres proteïnes.
La majoria de l'activitat serina i treonina fosfatasa ve catalitzada per dues famílies de fosfatases, les PPP (de l'angès PhosphoProtein Phosphatasa) i les PPM (de l'anglès Metallo-dependent Protein Phosphatase).
Es coneixen diferents proteïnes serina/treonina fosfatases: Proteïna Altres noms o noms antics Subunitats Isoformes Pes MolecularPP1 -alfa, beta i gamma 37KDa PP2 PP2A Heterotrímer (A, B i C) PP2A-A alfa i beta65KDa PP2A-B PR55, PR61 i PR72 amb múltiples variantsDiferent per les diferents variants de subunitats B PP2A-C alfa i beta. És la subunitat catalítica 37KDa PP3PP2B o Calcineurin PP4 PP5 PP6
On les proteïnes PP1 i PP2A també es nombren conjuntament a la bibliografia científica com a CAPP (fosfatases activades per ceramida, Ceramide Activated Protein Phosphatases), tot i que recentment s'ha vist que les prote:ines fosfatases PP4 i PP6 també són activades per ceramida. En cèl·lules de mamífer PP1 i PP2A representen el 90% de l'activitat fosfatasa de le cèl·lula. Per similitud de seqüència PP2A, PP4 i PP6 s'agrupen en la superfamilia PP2A. Sovint l'activitat fosfatasa es relaciona amb aturada del cicle cel·lular i inhibició de la proliferació.Tolstykh T, et al., Carboxyl methylation regulates phosphoprotein phosphatase 2A by controlling the association of regulatory B subunits. EMBO journal, 2000. 19: p. 5682-6691
PP1 La proteïna fosfatasa 1 (PP1) té la imatge de "proteïna verda", que promou l'estalvi energètic retornant els processos cel·lulars al seu estat basal d'ús de l'energia. La PP1 estimula l'emmagatzematge de glucogen, la relaxació de fibres d'actina-miosina, nivells basals de traducció proteica, i reciclatge de factors de transcripció i de processament del mRNA. Promou l'apoptosi en cèl·lules danyades, i promou la sortida de la mitosi i a mantenir la cèl·lula en fases G1 i G2.
La PP1 és una de les proteïnes més conservades en els eucariotes. Els eucariotes presenten entre un a vuit gens que codificquen per diverses isoformes de la PP1. Els mamífers presenten tres gens per la PP1, α, β i γ. La forma γ origina dues PP1 isoformes per splicing alternatiu. Les formes α, β i γ1 s'expressen de forma ubiqua, però la isoforma γ2 s'expressa en les testicles i és l'única isoforma que s'ha trobat en els espermatozoides.Chakrabarti R, et al., Protein phosphatase PP1 gamma 2 in sperm morphogenesis and epididymal initiation of sperm motility. Asian J Androl. 2007 Jul;9(4):445-52. Review
La PP1 no es troba de forma lliure en la cèllula, sinó que es troba unida a altres proteïnes formant complexes.
PP2 Alguns substrats descrits per la PP2 o PP2A són les proteïnes ERM, PKB, Pi3K, p70 S6K, PKCa, biiCaM, RAS-RAF-MEK-ERK, entre d'altres. La proteïna fosfatasa 2A està formada per tres subunitats. La subunitat A (PR65) que en mamífers presenta dues isoformes (α i β) amb un 85% d'identitat sequencial i s'exressa de forma ubiquoa. La subunitat A té una funció estructural, fent de bastida per les subunitats B i C. L'estructura de la subunitat A està formada per la repetició 15 motius HEAT disposats en tàndem. La subunitat B és la que presenta més diversitat, i determina la sublocalització de l'heterotrimer (ABC) en la cèl·lula i dona especificitat de substrat. Les diferents subunitats B s'agrupen en quatre grups: B o PR55, amb quatre formes codificades per quatre gens diferents (α, β, γ i δ). Presenta repetició de cinc motius WD-40, característic de proteïnes que presenten interacció amb altres proteïnes. B' o PR61 amb cinc formes de cinc gens diferents (α-ε). Les formes α, β i ε es localitzen al citosol. La forma γ presenta almenys tres isoformes per splicing diferencia, però se suposen cinc a partir del cADN de conill. Les isoformes γ1, γ2 i γ3 es localitzen al nucli, i la forma δ es troba tant en el nucli com en el citosol. B' ' o PR72/130. La forma PR72 es presenta únicament en cor i musculatura esquelètica, i la forma PR130 s'ha trobat en tots els teixits estudiats, però és més abundant en cor i musculatura esquelètica. B' ' ' o PR93/110. Igual que le PR55 també presenta repeticions WD-40 d'interacció amb altres proteïnes. La subunitat C és la subunitat catalítica. In vitro la subunitat C pot presentar activitat fosfatasa tant com a monòmer com a dimer amb la subunitat A (AC o PP2AD) o com a heterotrimer (ABC). Presenta dues formes la α i la β, amb un 95% d'identitat. Ambdós s'expressen de forma ubiqua però són més abundants en cervell i cor. La forma α s'ex[ressa deu vegades més que la β.Tot i la seva similitud de seqüència no realitzen funcions redundants, com ho demostra que ratolins on una de les dues formes ha estat eliminada no és compensada per l'altra i moren en l'úter matern. Són de les proteïnes més conservades en l'evolució. La subunitat C presenta dos tipus de modificacions post-traduccional reversibles, fosforilació en la tirosina 307 i metilació en la leucina 309, l'últim aminoàcid de la seqüència. La metilació és requerida per la unió de subunitats B al dimer AC, i la fosforilació inactiva la subunitat C. Familia Gen Isoformes Alies Localització cel·lular PR55/B PPP2R2A Bα PR55α, B55α Nucli, citoplasma, citoesquelet (vimentina, microtúbuls), membrana plasmàtica, golgi, reticle endoplasmàtic PPP2R2B Bβ PR55β, B55β Citosol PPP2R2C Bγ PR55γ, B55γ Citoesquelet PPP2R2D Bδ PR55δ, B55δ Citosol PR61/B' PPP2R5A B'α PR61α, B56α Citosol PPP2R5B B'β PR61β, B56β Citosol PPP2R5C B'γ1 PR61γ1, B56γ1 Nucli, citosol i zones d'adhesió B'γ2 PR61γ2, B56γ2 Nucli i citosol B'γ3 B56γ3 Principalment nucli PPP2R5D B'δ1 PR61δ, B56δ, 74-KDa/B" 'δ Nucli, citosol, mitocondria i microsomes B'δ2 Desconegut B'δ3 Desconegut PPP2R5E B'ε PR61ε, B56ε Citosol PR72/B || PPP2R3A || Bα1 PR130 Centrosoma i Golgi Bα2 || PR72 || Nucli i citosol |- style="background: #ecefa7" | || PPP2R3B || Bβ PR70 Desconegut PPP2R3C B''γ G5PR Nucli i citosol
Regulació de la PP2A Matemàticament més de 75 combinacions entre A, B i C per formar diferents dimers i trimers, però no es coneixen quantes combinacions existeixen realment a la cèl·lula. Malgrat que les subunitats A i C s'expressen en tots els teixits, les diferents subunitats B poden expressar-se en diferents teixits i/o en diferents etapes del desenvolupament. Les diferents combinacions regularan l'activitat versus diferents substrats, diferents localitzacions cel·lulars o de tipus cel·lular. A més les subunitats B i C poden ser fosforilades. La subunitat C pot ser fosforilada en posicions T304 i Y307. La fosforilació en Y307 porta a la inhibició de l'acivitat fosfatasa, i en T304 s'ha descrit inhibició a la unió de subunitats PR61/B' a PP2AD.Longin S, Zwaenepoel K, Louis JV, Dilworth S, Goris J and Janssens V. (2007) Selection of protein phosphatase 2A regulatory subunits is mediated by the C terminus of the catalytic Subunit. J Biol Chem. 282, 26971-26980 La fosforilació de PR61α augmenta l'activitat del heterotrimer cap a la fosforilació de la PKC. La metilació de la PP2A C es dona en l'extrem carboxi-terminal amb la seqüència consens T304PDYFL309, en la leucina terminal. És una modificació reversible i controla la unió de subunitats B. Recentment s'ha descrit que la metilació és requerica per la unio de la PR55/B a la PP2AD però no és necessària per a la unió de PR61/B' o PR72/B' '. L'àcid okadaic, un potent inhibidor de la PP2A, inhibeix aquesta metilació.