marc|Via MAPK/ERK La via de les MAPK (mitogen-activated protein kinase o proteïnes quinases activades per mitogens) és una ruta de senyalització essencial molt conservada evolutivament en eucariotes que s’associa amb la regulació de l'expressió gènica, la supervivència, la diferenciació, la proliferació cel·lular i l'apoptosi entre altres. Molts processos biològics convergeixen en l’activació aquesta via, el que fa que resulte fonamental per al correcte desenvolupament dels processos interns i per a la viabilitat cel·lular.
L'activació d'aquesta via comença amb la unió d’un lligand (normalment un factor de creixement o insulina) a un receptor present a la superfície de la cèl·lula. Continua amb l’activació de Ras i culmina amb la fosforilació i activació de tres quinases consecutives: RAF, MEK i ERK. Aquest últim element fosforila una gran varietat de substrats com ara enzims, proteïnes del citoesquelet i factors de transcripció, que aquests últims són els que poden dur a terme la regulació de l'expressió gènica.
Com aquesta ruta participa en la progressió pel cicle cel·lular i en l'estimulació de la divisió, les mutacions en algun dels elements que hi intervenen pot desencadenar una proliferació anormal i descontrolada de les cèl·lules i sol ser un element distintiu de molts càncers.
Receptors que indueixen l'activació de la via MAPK La primera etapa de la via MAPK requereix la unió d’un lligand extracel·lular a un receptor present a la superfície de la membrana plasmàtica. Hi ha una gran diversitat de lligands i receptors que poden desencadenar l’activació d’aquesta cascada de senyalització. Els principals són RTK i GPCR.
Receptors amb activitat tirosina quinasa (RTK) En resposta a l’arribada del lligand adient, els receptors amb activitat citosina-quinasa (RTK) dimeritzen i pateixen una modificació en les tirosines reguladores presents al seu domini tirosina-quinasa. Aquests residus poden patir auto i transfosforilació. L’esdeveniment de fosforilació permet reclutar proteïnes que continguen dominis amb capacitat de reconéixer fosfotirosines, com ara SH2 (Src homology 2) o PTB (phosphotyrosine-binding) i que solen pertànyer a famílies de proteïnes reguladores que tenen un paper fonamental en l’activació de la via. +Lligands i RTK que poden induir l’activació de la cascada MAPK/ERKLligandReceptor tirosina-quinasaEGF (Epidermal growth factor)EGFRTGF-β (Transforming growth factor)TβR IPDGF (platelet derived growth factor)PDGFRVEGF (Vascular endothelial growth factor)VEGFRInsulina i IGF-1(Insulin-like growth factor 1)IR i IGF1RNGF (Nerve growth factor)TrkA (Tropomyosin receptor kinase A)
Receptors acoblats a proteïnes G (GPCR) Els GPCR són un altre mecanisme clau per a l’activació de la via. Aquests receptors indueixen l’activació d’una proteïna G trimèrica formada per tres subunitats α, β, i γ de forma posterior a la unió del lligand. L’activació de la proteïna G indueix un canvi de GDP per GTP a la subunitat α, el que comporta la seua dissociació del dímer βγ.
Cada proteïna G conté una subunitat α diferent que pot interaccionar amb una gran varietat de substrats. Els GPCR amb αs provoquen l’activació de l'adenilat ciclasa i la posterior pujada en els nivells de monofosfat d'adenosina cíclic (cAMP). Aquest compost permet activar la PKA i la proteïna Epac. La Epac (exchange protein directly activated by cAMP) actua com un GEF de proteïnes G xicotetes com ara Rap1 i Rap2. Rap1-GTP pot induir l’activació a B-RAF en neurones i cèl·lules productores d’hormones. Aquest mecanisme també es pot donar de forma inversa en fibroblasts i cèl·lules hematopoètiques, on Rap1-GTP inhibeix a RAF-1 i impedeix la progressió de la via.
Tot i que els GPCR amb subunitat αi tenen un efecte inhibidor sobre l'adenilat ciclasa, s’ha observat que també poden activar la via MAPK mitjançant diversos mecanismes. Un exemple seria l’oncogen gip2, que és una versió mutada del protooncogèn αi2 , i apareix sovint en molts càncers, induint una estimulació constant de la via MAPK degut a que la subunitat α es troba constitutivament activa. +Lligands i GPCR que poden induir l’activació de la cascada MAPK/ERKLligandGPCRGnRH (Gonadotropin releasing hormone)GnRHR (αq)NoradrenalinaReceptors α/β-adrenèrgics (αq/ αi/ αs)NPY (Neuropeptide Y)NPY Y1/Y2/Y5 (αi)LPA (Ácid lisofosfatídic)LPA1-6 (αq/ αi/ αs)Substància PNK1 (αq/αs)
Cascada RAF-MEK-ERK Una vegada el receptor ha interaccionat amb el seu lligand i s’ha activat, actuen diverses proteïnes adaptadores que permeten iniciar la cascada de fosforilacions. Grb2 (growth factor receptor-bound protein 2) és una proteïna adaptadora que s’uneix als RTKs activats a través del seu domini SH2. Per altra banda, amb el seus dominis SH3 (domini que s’uneix a motius rics en prolina) interacciona amb Sos 1/2 (Son of Sevenless), que és el GEF (guanosine exchange factor) de Ras i catalitza l'intercanvi de Ras-GDP a Ras-GTP, provocant la seua activació.
Les Ras (RAt Sarcoma) són un grup de proteïnes amb activitat GTPasa molt conservades entre els eucariotes i actuen com a interruptor molecular en molts processos biològics. Ras és una proteïna G xicoteta que té la capacitat d’unir nucleòtids de guanina i duu a terme la primera etapa d'activació de la cascada. En la seua forma inactiva porta unida una molècula de difosfat de guanosina (GDP, de l'anglès guanosine diphosphate), mentre que quan es troba activa porta unit trifosfat de guanosina (GTP, de l'anglès guanosine triphosphate). Hi ha tres isoformes principals de proteïnes Ras, les quals mostren una elevada taxa d’homologia pel que fa a la seqüència d’aminoàcids; HRAS (Harvey sarcoma viral oncogene), NRAS (neuroblastoma oncogene) i KRAS (Kirsten sarcoma viral oncogene). Totes aquestes isoformes de Ras tenen un domini d’unió a GTP i una regió hipervariable (HVR, de l'anglès hypervariable region), que és la que presenta diferències entre les variants.
A banda de portar unit el nucleòtid adient, per a que Ras puga ser activada, ha de trobar-se a la membrana plasmàtica de la cèl·lula. Per a afavorir que Ras s’associe a la membrana, es generen modificacions posttraduccionals d’addició de lípids a l’extrem C-Terminal com ara la palmitoilació o la farnesilació. Una vegada Ras ha sigut activada, interaccionarà amb proteïnes que presenten un domini RBD (Ras binding domain), com RAF. Ras indueix el reclutament de RAF cap a la membrana plasmàtica.
Les mutacions en gens de Ras poden comportar el desenvolupament de molts tumors i l’aparició de trastorns genètics poc habituals anomenats rasopaties. La KRAS és la proteïna que mostra una taxa més elevada de mutacions en càncers, constituint el 85% del total de les mutacions dels gens Ras.
RAF (rapidly accelerated fibrosarcoma), també coneguda com a MAPKKK o MAP3K, és la primera quinasa de la via. En mamífers hi ha 3 variants de RAF; A-RAF, B-RAF i C-RAF o RAF-1, les quals presenten una alta homologia de seqüència. Totes 3 contenen un RBD, amb el qual interaccionen amb Ras, i un CRD (cysteine-rich domain) al N-terminal que permet la seua associació amb lípids de la membrana plasmàtica. També disposen del domini quinasa a l’extrem C-terminal.
En absència de senyal, el domini N-terminal interacciona amb el domini quinasa donant lloc a una conformació tancada i generant un mecanisme regulatori d’autoinhibició. A més, RAF es troba al citosol i unida a un dímer de 14-3-3; en concret, la unió es produeix a través dels residus Ser365 i Ser729 en B-RAF i a Ser259 i Ser621 en C-RAF. Sovint s’ha vist que també pot estar unida a MEK1. Aquesta interacció amb proteïnes permet estabilitzar la forma monomèrica i inactiva de RAF per a impedir una activació fora de temps i, al mateix temps, funciona com un interruptor que serà activat per Ras. Quan Ras està activada, s’indueix el reclutament de RAF cap a la membrana plasmàtica, on la interacció entre RAF i la membrana es produeix a través del CRD.miniatura|484x484px|Estructura de RAF, dimerització i activació.L’activació de RAF requereix la defosforilació del «lloc inhibidor Ser259», que correspon a Ser259 en C-RAF, Ser214 en A-RAF i Ser365 en B-RAF. La defosforilació és catalitzada per un complex ternari compost per MRAS, SHOC2 i PP1, on SHOC2 i MRAS actuen com a elements reguladors de la fosfatasa PP1 i li confereixen un elevat grau d’especificitat pel «lloc Ser259» de RAF. Aquest esdeveniment clau dona via lliure per a que la conformació tancada es desestabilitze, deixant així lliure el domini quinasa, i RAF puga ancorar-se més fermament a la membrana mitjançant el CRD i formar dímers.
RAF ha de patir determinades fosforilacions addicionals per a completar el seu procés d’activació. A l’extrem N-Terminal, la CK2 fosforila constitutivament B-RAF al lloc Ser445. Per altra banda, els residus de tirosina amb capacitat per a ser fosforilats de A-RAF i C-RAF estan a càrrec de quinases de la família SRC i els de serina són fosforilats per membres de la família PKC i PAK. A l’extrem C-terminal es produeixen fosforilacions, concretament al centre actiu, per a induir l’estat de màxima activació de RAF. El residus fosforilats es troben molt conservats al llarg de l’evolució i corresponen a Thr452 i Thr455 en A-RAF, Thr599 i Ser602 en B-RAF i Thr491 i Ser494 en C-RAF. Les RAF també tenen capacitat per a autofosforilar-se. Una vegada que RAF és activa, interacciona amb les següents quinases de la via, les MEK.
La MAP quinasa-quinasa (MEK, de l'anglès mitogen-activated protein kinase kinase) també conegudes com a MAPKK o MAP2K constitueixen el penúltim element d’aquesta via de senyalització. Són quinases duals perquè tenen la capacitat de fosforilar tant residus de treonina com de tirosina. N'existeixen dos variants canòniques, MEK1 i MEK2, les quals mostren una elevada homologia tant a nivell estructural com de seqüència. MEK1 està codificada pel gen MAP2K1, mentre que MEK2 prové del gen MAP2K2. Tot i que la majoria de les seues funcions es superposen, MEK1 i MEK2 no són completament idèntiques en tots els àmbits i sembla que poden tindre implicacions diferents en el desenvolupament de tumors.
La MEK1 es fosforila per RAF al seu segment d’activació, en concret als residus Ser218 i Ser222 i la MEK2 a Ser222 i Ser226, element que indueix l’activació completa de les quinases. Les MEK tenen la capacitat d’autofosforilar-se en residus de serina, treonina i tirosina fins i tot en situacions en què la concentració de fosfat és molt reduïda. Aquestes MAPKK poden estar associades a KSR (kinase suppressor of Ras), una proteïna que actua com a esquelet (scaffold en anglès) i que té un paper molt rellevant en la regulació de l’activitat de la via. Tot i que es troba associada majoritàriament a MEK i ERK, la KSR pot interaccionar també amb Ras i RAF. La presència de KSR no és indispensable per a l’activació de la cascada, però s’ha vist que afavoreix el procés de senyalització de la via MAPK. Les MEK interaccionen amb ERK a través del domini N-terminal i amb la col·laboració d’unes seqüències reguladores amb abundants residus de prolina. La fosforilació de MEK1 en Ser298 afavoreix la seua interacció amb ERK2, mentre que si es fosforila el residu Thr292 s’indueix la dissociació del complex.