Ljudski gen RAPGEF3 (engl. Rap guanine nucleotide exchange factor 3) kodira za protein EPAC1, nalazi se na kromosomu 12 i sadrži 28 egzona. Uključen je u različite stanične procese kao što su signalna transdukcija Rap proteina, stanični odgovor na cAMP i stvaranje sincicija fuzijom plazma membrana. Biomarker je kongestivnog zatajenja srca i uključen u različite bolesti poput ateroskleroze i Alzheimerove bolesti te ima važnu ulogu u proliferaciji i apoptozi kod nekoliko vrsta tumora.
Građa proteina Protein EPAC1 čine dvije velike domene, a to su regulatorna na N-terminalnom kraju koja je odgovorna za vezanje cAMP i katalitička na C-terminalnom kraju koja je ključna za GEF-aktivnost. Koristeći metodu rendgenske kristalografije otkrivene su statičke konformacijske promjene u strukturi proteina, a danas se sve češće koriste metode poput masene spektrometrija u kojoj se atom vodika zamjeni s atomom deuterija (HDX-MS) i nuklearne magnetske rezonancije (NMR). Također, EPAC1 ostaje u autoinhibitornom načinu rada ukoliko je u svom obliku bez liganda, a to se specifično postiže regulatornom domenom koja sterički blokira katalitičko mjesto. središte|mini|481x481px|Domene Epac izoformi i funkcije pojedine domene
Glavne regije RAPGEF3 Regulatorna podjedinica EPAC1 sadrži DEP domenu koja je ključna za njegovu subcelularnu lokalizaciju na staničnoj membrani te regulatornu domenu CNBD-B koja veže cikličke nukleotide, uključujući vezanje cAMP nakon čega slijedi aktivacija proteina. Katalitička podjedinica sadrži RA domenu koja je ključna za lokalizaciju do jezgre, REM domenu koja stabilizira interakciju sa supstratom i CDC25-HD domenu koja je odgovorna za katalitičku izmjenu GDP-a u GTP. Izoformni protein EPAC2 kodiran je genom RAPGEF4 i ima dodatnu regulatornu domenu koja također veže cAMP ali slabijim afinitetom.
Subcelularna lokalizacija Osim što aktivira EPAC1, cAMP također regulira njegovu lokalizaciju u stanici. Vezanje cAMP-a inducira konformacijsku promjenu koja okreće DEP domenu, omogućujući interakciju s fosfatidnom kiselinom i kretanje EPAC1 prema staničnoj membrani. Drugi važan medijator lokalizacije stanične membrane je obitelj proteina (ERM) dok nuklearna lokalizacija uključuje interakciju RA domene s Ran GTP-azom. Kod niskih razina cAMP-a, EPAC1 je uglavnom povezan s mrežom mikrotubula i centrima za organizaciju mikrotubula (MTOC), gdje može interagirati s mikrotubulima i promovirati njihovu polimerizaciju neovisno o Rap1. Iako je transkribiran u svim tkivima, EPAC1 proteini nisu prisutni u tkivu jajnika, a obilno su prisutni u srcu i bubrezima.
Funkcija proteina
EPAC1 i PDE/AKAP signalosomi EPAC1 sudjeluje u stvaranju signalnih kompleksa s različitim proteinima unutar stanice. Takvi kompleksi omogućuju brzo i prostorno precizno prenošenje signala na specifičnim mjestima u stanici. Interakcije među proteinima potvrđene su metodama kao što su imunoprecipitacija (co-IP) i fluorescentna mikroskopija.
Posebno je značajno da EPAC1 i protein kinaza A (PKA) mogu djelovati unutar istog signalnog kompleksa. Takva organizacija omogućuje regulaciju brojnih staničnih procesa poput sudjelovanja u regulaciji stanične adhezije i formiranju endotelnog sloja krvnih žila. Protein AKAP9 dodatno doprinosi stabilizaciji mikrotubula i održavanju endotelnog integriteta.
EPAC1 i ERM proteini (ezrin, radixin i moezin) EPAC1 ostvaruje interakcije s ERM proteinima, skupinom proteina koju čine ezrin, radixin i moezin. ERM proteini povezuju plazmatsku membranu sa staničnim citoskeletom.
Istraživanja su pokazala da se EPAC1 veže za ERM proteine preko svojeg N-terminalnog dijela. Aktivacija ERM proteina uzrokuje grupiranje EPAC1 na plazmatskoj membrani, čime se povećava vezanje stanica za izvanstanični matriks. Posebno je istaknuta uloga radixina, koji povezuje signalizaciju EPAC1 i PKA sustava te može potaknuti proliferaciju stanica štitne žlijezde.
EPAC1 i kompleks jezgrinih pora EPAC1 je povezan i s komponentama kompleksa jezgrinih pora, koji omogućuje prijenos molekula između jezgre i citoplazme. Utvrđeno je da EPAC1 može stupati u interakciju s proteinima Ran, RanBP2 i importinom β1.
Protein RanBP2 ima važnu ulogu jer djeluje kao sidreni protein za EPAC1 na membrani jezgre. Smanjenje količine RanBP2 dovodi do povećanja aktivnosti EPAC1 signalizacije, što upućuje na regulatornu ulogu RanBP2 u kontroli funkcije EPAC1, ukazujući pritom na važnost EPAC1 u signalnim procesima povezanima s jezgrom stanice.
EPAC1 i GRK EPAC1 ostvaruje izravnu interakciju s proteinom GRK2 (G-protein coupled receptor kinase 2). Eksperimentalna istraživanja pokazala su da smanjenje razine GRK2 povećava aktivnost EPAC1, što rezultira pojačanom aktivacijom signalnih puteva povezanih s boli i upalom.
U pokusima na miševima kojima nedostaje EPAC1 zabilježena je smanjena pojava kronične neuropatske boli. Ti rezultati upućuju na važnu ulogu EPAC1 u razvoju neuropatske boli te impliciraju mogućnost primjene inhibitora EPAC1 u budućem liječenju kronične boli.
EPAC1 i TGF-β receptor EPAC1 sudjeluje i u regulaciji signalnog puta transformirajućeg čimbenika rasta β (TGF-β), koji ima važnu ulogu u kontroli imunoloških reakcija i staničnog rasta.
Pokazano je da se EPAC1 može vezati za aktivirani receptor TβRI. U T-limfocitima EPAC1 regulira TGF-β signalizaciju, smanjuje fosforilaciju proteina Smad2 i inhibira sintezu kolagena. Posljedica toga može biti smanjena migracija stanica i usporavanje razvoja fibroze.
EPAC1 i mikrotubuli EPAC1 je povezan i s mikrotubulima, važnim elementima citoskeleta koji održavaju oblik stanice i omogućuju unutarstanični transport.
Istraživanja su pokazala da EPAC1 izravno potiče polimerizaciju mikrotubula. Lokalizacija EPAC1 unutar stanice ovisi o koncentraciji cikličkog adenozin-monofosfata (cAMP). Pri niskim koncentracijama cAMP-a EPAC1 je pretežno povezan s mikrotubulima, dok se pri visokim koncentracijama premješta prema plazmatskoj membrani. Ovi rezultati potvrđuju važnu ulogu EPAC1 u organizaciji i dinamici staničnog citoskeleta.
Povezanost s bolestima Protein EPAC1, kodiran genom RAPGEF3 važan je regulator unutarstanične signalizacije koji sudjeluje u kontroli brojnih staničnih procesa, uključujući proliferaciju, migraciju, preživljavanje i odgovor stanica na stres. Aktivacijom malih GTP-aza Rap1 i Rap2, EPAC1 prenosi signale ovisne o cikličkom AMP-u (cAMP) te tako regulira funkciju različitih tkiva i organa. Iako nije poznata nijedna bolest koja je izravno uzrokovana pogrešnim savijanjem samog EPAC1 proteina, poremećaji u njegovoj ekspresiji i signalnim putevima povezani su s razvojem brojnih bolesti. To je potvrđeno istraživanjima na knockout miševima, kod kojih životinje bez EPAC1 nisu pokazivale značajne fiziološke poremećaje u normalnim uvjetima. Ipak, promjene u aktivnosti ili razini ekspresije EPAC1 povezane su s različitim patološkim stanjima, uključujući zatajenje srca, kroničnu bol, metastaziranje tumora i infektivne bolesti.
Kardiovaskularni stres Jedna od najviše istraživanih uloga EPAC1 povezana je s kardiovaskularnim bolestima. Tijekom srčanog stresa i zatajenja srca dolazi do značajnog povećanja ekspresije EPAC1 proteina, što doprinosi razvoju hipertrofne kardiomiopatije, fibroze i aritmija. Eksperimentalna istraživanja na knockout miševima pokazala su da životinje bez EPAC1 imaju manja oštećenja srca tijekom stresnih stanja, uključujući smanjenu apoptozu kardiomiocita i manje izraženo remodeliranje srca. Mehanistički gledano, EPAC1 regulira fosforilaciju fosfolambana i potiče autofagiju tijekom rasta srčanog mišića, čime utječe na strukturne i funkcionalne promjene srca.
Kronična bol EPAC1 također ima važnu ulogu u razvoju kronične i neuropatske boli. Upalni procesi povećavaju ekspresiju EPAC1 u osjetnim neuronima, gdje protein potiče senzitizaciju nociceptora i omogućuje prijelaz akutne boli u kroničnu. To se događa aktivacijom signalnih puteva poput PKCε i ERK, koji sudjeluju u nastanku hiperalgezije i neuropatske boli. Upala dodatno narušava ravnotežu između GRK2 i EPAC1 smanjenjem razine GRK2 proteina, što dovodi do produljene aktivacije EPAC1 i pojačane osjetljivosti na bol. Miševi bez EPAC1 imaju značajno smanjenu mehaničku alodiniju i neuropatsku bol.
Metastaziranje tumora Osim toga, EPAC1 je povezan s progresijom tumora i infektivnim bolestima. Kod raka gušterače EPAC1 je prekomjerno izražen u tumorskom tkivu te potiče migraciju, invazivnost i metastaziranje tumorskih stanica aktivacijom integrina β1. Inhibitori poput ESI-09 značajno su smanjili metastaze u eksperimentalnim modelima.
Infekcije EPAC1 također koriste različiti patogeni, uključujući rikecije i koronaviruse, kako bi olakšali infekciju i replikaciju, pri čemu aktivacija ovog signalnog puta povećava sposobnost patogena za ulazak u stanice i njihovo širenje unutar organizma.
Izvori
Kategorija:Bjelančevine