La Rap1A és una proteïna de natura enzimàtica que pertany a la superfamília Ras, una subfamília de les GTPases monomèriques petites. Aquesta proteïna actua com a interruptor molecular i regula diversos processos cel·lulars com l'activació de les integrines, l'adhesió cel·lular, la formació d'unions intercel·lulars i la polaritat cel·lular.
Es tracta d'una cadena polipeptídica composta per 184 aminoàcids amb un pes molecular de 20.987 daltons. En els éssers humans, aquesta proteïna està codificada pel gen Rap1A, localitzat en la regió 1P13.2 del cromosoma 1.
Tot i que encara no es coneixen plenament totes les funcions i detalls moleculars de Rap1A, estudis recents han destacat que aquesta proteïna podria tenir una gran rellevància biològica. Per arribar a aquesta conclusió, els científics s’han basat en el fet que les proteïnes Rap1A es troben altament conservades, evolutivament parlant, i de manera idèntica; en humans, ximpanzés, macacos, vaques i ratolins.
Descobriment Aquesta proteïna pertanyent a la superfamília Ras va ser descoberta després que s'investigués per Jennifer Harvey (1964) i Werner Kirsten (1967) sobre la proteïna Ras que causava sarcomes en rates a través d'un retrovirus oncogènic. Anys més tard, es van descobrir certes homologies entre els oncogens virals, provinents de l'ADN de les rates i responsables del sarcoma de les rates i gens humans que després d'investigacions durant els anys 80 del segle XX van identificar protooncogens similars en els humans. Les mutacions que proveïen aquests oncogens a les proteïnes Ras dels humans es podia observar en un 30% dels càncers humans, especialment en els càncers de pulmó, còlon i pàncrees.
Un cop identificada la importància patogènica de les proteïnes Ras durant els anys 80 del segle XX, la investigació d'aquesta superfamília de proteïnes va continuar descobrint més tipus de proteïnes Ras entre les quals la proteïna Rap1A. Aquesta proteïna va ser descoberta per l'equip japonès liderat per Hitoshi Kitayama provinents de la Universitat de Tsukuba i l'Institute of Physical and Chemical Research of Koyadai (RIKEN). Aquests científics van trobar una proteïna pertanyent a la superfamília Ras que actuava com a supressora de tumors i, per tant, en certs contextos podia esdevenir antagònica a Ras.
El descobriment es va realitzar a partir de cèl·lules de ratolins que tenien mutat el gen que codifica Ras i que produeix el sarcoma en els ratolins. A aquestes cèl·lules se'ls hi va introduir un ADN complementari provinent de fibroblasts del genoma humà. Així doncs, es van observar que en algunes cèl·lules desapareixia el fenotip cancerós. Un cop vist aquest fet, es van identificar quins gens eren els responsables d'aquests canvis, observant una correlació parcial o total amb els gens que codifiquen la proteïna Krev-1, que després va passar a anomenar-se Rap1A (Ras-related protein 1A) que, al seu torn, s'assemblava en un 50% a la cadena d'aminoàcids de les proteïnes Ras.
Estructura i característiques miniatura|Estructura i parts de la proteïna Rap1A Rap1A és una proteïna de mida inferior, composta per 184 aminoàcids i un pes molecular de, aproximadament, 21 quilodaltons (kDa). Aquesta estructura és característica per ser molt similar a la de les proteïnes "Ras" clàssiques, ja que tenen en comú el mateix tipus de domini (domini G), la funció del qual és el manteniment de la unió i hidròlisi dels nucleòtids de guanina (GTP i GDP).
El domini G constitueix el nucli funcional de la proteïna i actua com a “interruptor molecular”, ja que és característic per alternar-se entre un estat actiu i inactiu. Quan Rap1A es troba unida al GTP, adopta una conformació en estat actiu que li permet tenir interaccions amb altres proteïnes amb l'opció de transmetre senyals a l'interior de la cèl·lula. En canvi, quan hidrolitza el GTP i s'uneix al GDP, es converteix i adopta una conformació en estat inactiu i, en conseqüència, deixa d'enviar senyals.
Que aquesta proteïna s’activi o es desactivi està regulat principalment per les proteïnes auxiliars, és a dir, proteïnes que, en aquest cas, regulen l'alternança entre els dos tipus d'estats (actiu i inactiu): les GEF (Guanine nucleotide Exchange Factors), que faciliten l'intercanvi de GDP per GTP i activen Rap1A; les GAP (GTPase Activating Proteins), que acceleren la hidròlisi del GTP i inactiven la proteïna; i les GDI (Guanine nucleotide Dissociation Inhibitors), que poden retenir Rap1A en el citoplasma evitant-ne l'activació primerenca o prematura.
A nivell estructural, Rap1A presenta cinc regions anomenades motifs G1-G5, les quals estan implicades en la unió al GTP o GDP i en relació amb el comportament de les proteïnes reguladores i efectores. A l'interior dels dominis d'aquesta proteïna es troben dues zones: Switch I i Switch II, que canvien de conformació segons si Rap1A està unida al GTP o GDP, és a dir, la conformació que determina la seva activitat biològica i la forma en què ho fa.
D’altra banda, el seu extrem C-terminal conté una seqüència CAAX (Cisteïna, Aminoàcid alifàtic, Aminoàcid alifàtic, Residu variable), motiu el qual permet la seva prenilació, és a dir, l'addició de molècules hidrofòbiques en la proteïna. Aquesta modificació del tipus postraduccional consisteix a afegir una cadena lipídica que facilita el fet d'ancorar Rap1A a la membrana plasmática o, simplement, membranes d'orgànuls com, per exemple, la membrana interna del complex d'Golgi. Aquest ancoratge presenta una importància esencial per a la funció de la proteïna com a molècula de senyalització en relació amb les membranes.
Diferència entre Rap1A i Rap1B
La proteïna Rap1A i Rap1B són molt similars quant a forma. Comparteixen un 95% de la seqüència d'aminoàcids i una estructura tridimensional gairebé idéntica. Tot i la semblança estructural que hi presenten, existeixen diferències prou rellevants per a prendre un significat en la seva localització cel·lular, expressió en alguns teixits i efectes funcionals. Rap1A s’expressa principalment en teixits epitelials, endotelials i neuronals, que, en comparació amb la Rap1B, és més abundants en plaquetes i certs tipus de cèl·lules del sistema inmunitari. Aquestes diferències d'expressió donen la raó quan afirmem que Rap1A té un paper més rellevant en la regulació de la barrera endotelial i en el manteniment de la integritat vascular, mentre que Rap1B té un paper més destacat en la regulació de l'activació plaquetària i la síntesi de trombes.
Característiques generals
Rap1A és una proteïna que ha estat conservada evolutivament, manifestant-se en tant en organismos simples com en mamífers. Ha anat patint mutacions fins a adoptar la forma d'avui dia. Una altra característica és que funciona com un commutador molecular versátil, és a dir, té capacitat per integrar senyals provinens de múltiples receptors de membrana, com per exemple, receptors d'integrines, GPCR o factors de creixement. Gràcies a aquesta versatilitat, Rap1A permet regular processos cel·lulars especialmente essencials com l'adhesió cel·lular, la migración, la polaritat, la síntesi d'unions entre cèl·lules endotelials i l'organització del mateix citoesquelet.
Aquest conjunt de funcions li dona capacitat per participar en processos tan diversos com la formación de nous vasos sanguinis (angiogènesi), resposta inflamatòria o creixement tumoral, depenent de la situación biológica en què es trobi o el tipus de cèl·lula.
Mecanisme d'activació En condicions normals, la proteïna Rap1A alterna entre dues formes: una forma activa, unida a trifosfat de guanosina (GTP), i una forma inactiva, unida a difosfat de guanosina (GDP). L'activació de Rap1A és mediada per les proteïnes GEF (Guanine nucleotide Exchange Factors), que s’encarreguen d'intercanviar el GDP present a la GTPasa per un GTP lliure en el medi. La concentració intracel·lular i expressió de les proteïnes GEF no és constant, aquesta varia segons la presència o absència de senyals intracel·lulars o extracel·lulars com el segon missatger cAMP o el Factor de Creixement Epidèrmic (EGF, de l'anglès epidermal growth factor), respectivament.
En la seva forma activa, les Rap1A interaccionen amb diversos efectors com ara KRIT1, RIAM i AF-6 per regular la formació d'unions cel·lulars, l'activació de les integrines i l'adhesió i polaritat cel·lular; respectivament. A part de les seves funcions específques, la Rap1A activa desenvolupa funcions comunes de totes les proteïnes de la superfamília Ras. En aquest aspecte, intervé principalment en la regulació de diferents processos cel·lulars com la proliferació, la supervivència i la migració.
Posteriorment, Rap1A retorna al seu estat inactiu gràcies a l'acció de les proteïnes GAP (GTPase- Activing Proteins), que estimulen la hidròlisi del GTP a GDP. D’aquesta manera, la GTPasa retorna a la seva forma inactiva unida a GDP.
Les mutacions en les proteïnes GEF i GAP poden alterar els cicles d'activació i inactivació de les Rap1A, provocant una prolongació de l'activació de les vies de senyalització que indueixen a la proliferació i supervivència cel·lular. Aquesta sobreestimulació cel·lular pot contribuir en el desenvolupament de processos tumorals.
Expressió i localització La proteïna RAP1A es troba pràcticament present en totes les cèl·lules dels humans, a causa de la seva participació en processos cel·lulars bàsics com l'adhesió i proliferació cel·lular. Tanmateix, l'expressió d'aquesta proteïna no és la mateixa en totes les cèl·lules de l'organisme. S’ha observat que en cèl·lules endocrines, cèl·lules germinals i adipòcits la presència de Rap1A, mesurada en nTPM (normalized Transcripts Per Million), és relativament baixa. En canvi, Rap1A té una presència elevada en cèl·ules endotelials, epitelials, sanguínies i immunitàries com els limfòcits T; on és essencial per mantenir l'adhesió, migració i polaritat cel·lular.
Dins de la cèl·lula, la proteïna Rap1A presenta diverses ubicacions depenent si es troba en la seva forma activa o no. En la seva forma inactiva unida a GDP, la GTPasa es troba soluble en el citosol de la cèl·lula. No és fins al moment en què hi ha la presència de senyals intracel·lulars o extracel·lulars, que Rap1A passa a la seva forma activa i pateix una translocació. Aquesta, es dona principalment cap a la membrana cel·lular, però també cap a la membrana d'altres orgànuls del sistema endomembranós com els endosomas primerencs, l'Aparell de Golgi i la regió perinuclear.
Per tal de poder ancorar-se a la membrana del compartiment diana i interactuar amb diversos efectors per poder dur a terme la seva funció, Rap1A pateix una modificació posttraduccional. Aquesta es tracta d'una prenil·lització, la qual consisteix en l'addició d'un grup prenil a l'extrem C-terminal de la proteïna gràcies a l'acció de l'enzim preniltransferasa. Com que el grup prenil és una cua lipídica molt hidrofòbica, pot internar-se en la membrana plasmàtica i mantenir ancorada la Rap1A. center|miniatura|299x299px|Mecanime d'activació i translocació de Rap1A.
Funcions cel·lulars Aquesta proteïna porta a terme diferents funcions cel·lulars molt relacionades amb les que fan les proteïnes Ras. Aquestes funcions es basen en la regulació de la proliferació cel·lular, vies de senyalització o en la interacció cel·lular. Així mateix, Rap1A és un interruptor molecular que és regulat per GTPases. S'activa quan té adherida una GTP i es desactiva quan se li adhereix una GDP.
Funcions intracel·lulars