PTEN (fosfatasa i tensina homòloga eliminada en el cromosoma 10) és una proteïna supressora de creixement cel·lular que regula la via PI3K/AKT/mTOR, una de les principals rutes de senyalització cel·lular. És capaç de desfosforilar lípids de la membrana, sobretot fosfatidilinositols-3,4,5-trifosfat (PIP3), evitant l'activació de la quinasa AKT. Això afecta la cèl·lula reduint la seva proliferació i supervivència. PTEN també pot desfosforilar fosfopèptids, per tant, té una doble especificitat.
Estructura miniatura|396x396px|Estructura plegada PTEN|esquerra La PTEN és una proteïna d'estructura tridimensional composta per 403 aminoàcids. Té dos dominis globulars principals: el domini fosfatasa, on es troba el centre actiu o zona activa, i el domini C2. A més a més, la PTEN també la conformen altres dominis com: l'extrem N-terminal on es troba el motiu d'unió PIP2; i, l'extrem C-terminal on s'hi troba les seqüències PEST i el motiu d'unió PDZ (PDZ-BM), que són posteriors al domini C2.
Dominis estructurals Extrem N-terminal L'extrem amino-terminal conté un senyal de localització nuclear (NLS) i el motiu d'unió PIP2 (fosfatililinositol-4,5-bifosfat), a vegades també referit amb les sigles angleses PBD (PI(4,5)P2-binding motif), que està format pels primers 14 residus (aminoàcids) de la proteïna, els quals determinen com la PTEN s'uneix als lípids aniònics i regula l'activitat de la fosfatasa PIP3 a través d'un mecanisme al·lostèric.
Domini fosfatasa El domini fosfatasa engloba des del residu 14 al 185. Aquest domini està compost per dues hèlixs alfa seguides d'una làmina beta de cinc cadenes i quatre hèlixs alfa més. Aquesta estructura, que combina làmines beta i hèlix alfa, és homòloga en proteïnes com la auxilina i tensina. En aquest domini, entre el residu 35 al 49 es forma el bucle d'arginina que produeix que aquesta zona del domini fosfatasa tingui una càrrega positiva.
Al mig del domini s'hi troba el centre actiu de la proteïna que està format per tres bucles diferenciats, els quals estan altament preservats i formen una espècie de butxaca ampla carregada positivament que permet al substrat PI(3,4,5)P3, carregat negativament, acoblar-se en el centre actiu que hi ha cisteïna, la qual permet la catàlisi. El primer bucle del centre actiu es troba entre el residu 88 i el 98 i s'anomena WPD i ajuda a realitzar l'acció catalítica. El segon bucle (residus 121-131) és el P, és el bucle més important, ja que conté el domini CX5R PTP, format per dos aminoàcids claus, la cisteïna (C124) i l'arginina (R130). La cisteïna es troba al fons del centre actiu i permet la unió amb el grup fosfat del substrat, mentre que l'arginina estabilitza la càrrega negativa del grup fosfat quan s'uneix a la cisteïna. Ambdues vetllen perquè es dugui a terme la desfosforilació. Finalment, entre el residu 160-171 hi ha el bucle Tl que conté treonina i isoleucina.
Domini C2 miniatura|431x431px|Esquema dels principals dominis i seqüències estructurals de la PTEN El domini C2 de la PTEN és del tipus II i és independent de calci. És una regió de 130 residus disposats en vuit cadenes beta antiparal·leles que conformen dues làmines beta amb dos segments petits que adquireixen conformació d'hèlix alfa que connecten les cadenes beta. Aquests segments ajuden a l'adaptació del domini a diferents conformacions quan la PTEN s'uneix a la membrana, per tal de facilitar les interaccions necessàries. El domini C2 permet les interaccions entre proteïna-lípid i proteïna-proteïna. Aquestes són bastant dependents dels bucles (loops) de la regió de fixació del calci (CBR: calcium-binding-region): CBR1,CBR2 i CBR3. Aquests han perdut en gran manera els residus responsables de la coordinació de cations, i, en canvi, en el CBR3 tenen una càrrega positiva (+5) en el bucle CBR3, per tant no es poden considerar dominis C2 dependents de calci. L'únic residu que queda a la PTEN que és dependent de calci és l'Asp268.
Extrem C-terminal L'extrem C-terminal consta de 47 residus intrínsecament desordenats. Aquesta cua conté dues seqüències PEST (Pro-Glu-Ser-Ther), que són motius associats amb una vida mitjana intracel·lular curta. La part més destacable de la CCT és el PDZ-BM que està constituït per la seqüència Thr-Val-Lys, la qual té funcions estructurals.
Funcions PTEN i el metabolisme cel·lular Les cèl·lules de proliferació ràpida i les cèl·lules canceroses tendeixen a convertir la majoria de la glucosa en lactat a través de glucòlisi anaeròbica, independentment de si disposen d'oxigen o no. Aquest fenomen és conegut com a efecte Warburg.
PTEN és un supressor de la via PTEN-PI3K-AKT-mTOR, la qual té un paper important pel que fa a la regulació del metabolisme de la glucosa a les cèl·lules.
En primer lloc, aquesta via millora la captació de glucosa mediada per insulina i la translocació del transportador de glucosa a la membrana. També inhibeix la gluconeogènesi a través del bloqueig de FOXO i del coactivador 1α del receptor activat per la proliferació de peroxisomes. En segon lloc, l'activació de PI3K-ART induïda per la pèrdua de PTEN també promou la glicosilació i el plegament de proteïnes a través de l'enzim ENTPD5 al reticle endoplasmàtic, la qual cosa augmenta el consum d'ATP i afavoreix l'efecte Warburg.
Per tant, podem concloure que la pèrdua de PTEN activa la via PI3K-AKT-mTOR, la qual permet perfeccionar el metabolisme ideal de les cèl·lules canceroses: la glucòlisi anaeròbica.
PTEN al nucli S'ha descobert que hi ha un grup de proteïnes PTEN que és funcional a dins del nucli. Fins i tot, s'ha descrit que l'absència d'aquestes PTEN nuclears pot estar associada al desenvolupament de càncers més agressius, augmentat així la credibilitat de la importància d'aquestes proteïnes.
Mecanismes de regulació La regulació de PTEN ve definida per diversos mecanismes moleculars.
Silenciament epigenètic i regulació transcripcional L'expressió de PTEN s'altera dràsticament en entorns patològics. S'ha vist que en molts tipus de càncers, existeix un silenciament epigenètic a través de la metilació del promotor PTEN, la qual cosa inactiva PTEN. Un exemple podria ser la repressió de la transcripció de PTEN a través de la proteïna SALL4 en reclutar un complex repressor epigenètic (que conté una ATPasa remodeladora de cromatina i una histona desacetilasa).
L'expressió de PTEN també pot ser regulada pel factor de transcripció SLAIL1 i el factor oncogènic que inhibeix la unió a l'ADN1. Es va descobrir que inhibeixen la transcripció de PTEN en competir amb p53 (activador transcripcional de PTEN) per la unió del promotor PTEN. Altres vies per a reprimir la transcripció de PTEN podrien ser el factor associat a la leucèmia EVII o NOTCH1 (a través de MYC).
Regulació post-transcripcional de PTEN per RNA no codificants Els miRNA són RNA no codificants d'entre 20 i 25 nucleòtids que modulen l'expressió gènica. Els miARNs són transcrits a partir de DNA, però al no ser codificants, no són traduïts en forma de proteïna. Recentment, s'ha demostrat que nombrosos miRNA promouen trastorns metabòlics o tumorigènesi en regular negativament l'expressió de PTEN. Per exemple, s'ha demostrat que MYC regula negativament PTEN a través de la regulació positiva de l'expressió de miR-19.
Regulació de PTEN per modificadors post-traduccionals:
La fosforilació de l'extrem C-terminal de PTEN pot regular negativament l'activitat de la proteïna. S'ha demostrat que quan PTEN està fosforilada desenvolupa una conformació monomèrica “tancada” i presenta una baixa afinitat per proteïnes que tenen el domini PDZ. En canvi, quan PTEN no està fosforilada adopta una conformació “oberta”, fet que fa que interactuï fortament amb proteïnes que contenen PDZ, (com podria ser MAGI-2).
La proteïna PTEN també pot ser regulada post-traduccionalment per acetilació i oxidació. L'acetilació inhibeix la seva activitat catalítica i millora la seva interacció amb proteïnes amb domini PDZ. L'expresió de PCAF pot generar un augment d'acetilació de residus de lisina (Lys125 i Lys128). Per altra banda, PTEN conté un nucleòfic catalític Cys que és susceptible a la oxidació. De fet, estudis han demostrat que l'activitat catalítica de PTEN està modulada per espècies reactives d'oxigen a través de la formació (induïda per estrès oxidatiu) d'un enllaç disulfur entre Cys71 i Cys124.
Regulació de PTEN per interaccions proteïna-proteïna: actualment se sap amb certesa que la PTEN està regulada per diverses interaccions proteïna-proteïna, modificant així la conformació de PTEN, la seva estabilitat, el seu potencial d'unió amb la membrana lipídica i la distribució subcel·lular. Tot i això, cal més investigació per a poder detallar la importància de moltes d'aquestes. Un exemple d'aquest tipus d'interaccions podria ser la interacció de PTEN amb el receptor del factor de creixement derivat de plaquetes (PDGFR), restringint l'activació de la via PI3K-AKT.
Interaccions La proteïna PTEN es troba majoritàriament al citoplasma i al nucli de la cèl·lula, però també estableix interaccions amb orgànuls que contenen membranes intracel·lulars com els mitocondris i reticle endoplasmàtic. Es creu que el domini encarregat de la regulació de sublocalització cel·lular de PTEN és el PDZ.
Interacció amb el nucli miniatura|370x370px|Interaccions de proteïna PTEN amb el nucli cel·lular. La monoubiquitinació de la lisina 289 desencadena el desplaçament de la PTEN fins al nucli de la cèl·lula. L'extrem N-terminal de la proteïna PTEN no conté una Senyal de localització nuclear (NLS), però hi ha altres mecanismes que permeten l'entrada de la proteïna a l'interior del nucli. Per exemple la difusió passiva, la importació mediada per la Major vault protein (MVP) i a través d'un mecanisme on la proteïna és monoubiquitinitzada. Aquest últim mecanisme es pot revertir mitjançant enzims desubiquitinitzants (DUB). La PTEN nuclear manté l'estabilitat cromosòmica interaccionant amb la proteïna C del centròmer, participa en la reparació de l'ADN regulant la transcripció de RAD51 que porta a la reparació del trencament de la doble cadena. També intervé al control del cicle cel·lular, ajuda a aturar la progressió de la cèl·lula a la fase G0-G1 (etapa on les cèl·lules es troben en repòs). Ho aconsegueix reduint l'activitat de la ciclina D1 (proteïna que promou el pas de fase G1 a fase S).Per això la quantitat de PTEN nuclear depèn del cicle cel·lular en què es troba la cèl·lula: s'acumula al nucli durant la fase G0-G1 i disminueix a la fase S (etapa on les cèl·lules comencen a duplicar l'ADN per dividir-se).
Interaccions amb membranes Membrana plasmàtica El domini N-terminal i el C-terminal són regions desestructurades intrínsecament desordenades que tenen gran importància en la unió de la proteïna amb la membrana plasmàtica. L'extrem N-terminal s'uneix específicament a PI(4,5)P2 per tal d'ancorar-se a la membrana i poder activar la proteïna. Aquesta activació es produeix mitjançant el mecanisme d'activació al·lostèrica, que succeeix quan una molècula s'uneix a una regió de l'enzim anomenada PT. També hi ha interaccions electroestàtiques entre residus carregats positivament als dominis PTP i C2 de PTEN i lípids aniònics de la membrana plasmàtica.
Altres orgànuls Al reticle endoplasmàtic PTEN es regula l'alliberació de calci (Ca2+) en el procés apoptòtic i les MAMs (Mitochondira Associated Membranes) posteriorment transfereixen aquest calci als mitocondris. La PTEN localitzada als mitocondris manté la producció de ROS (Reactive Oxigen Species) i contribueix a la mort cel·lular dependent del mitocondri.
Inhibidors PTEN és altament sensible a la inhibició per espècies reactives d'oxigen (ROS) i espècies reactives de nitrogen (RNS). Aquesta inhibició pot succeir en resposta a ROS/RNS generades endògenament dins la cèl·lula. Alguns exemples d'inhibidors de PTEN són:
VO-OHpic