alteraciones en la vía mapk
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Alteraciones en la vía MAPK – RAF 1 (en relación a la
proteína 14 – 3 – 3) en la enfermedad de Creutzfeldt
Jakob
Víctor Pérez Bravo
RESUMEN
La vía de señalización MAPK es la ruta de transducción de señales presente en las células
eucariotas que se sitúa corriente abajo de los receptores tirosin quinasas, así como en la
mayoría de los receptores para citosina. En otros términos, la señal se transporta mediante
GRB2 y de Sos a Ras. Ya activada Ras, da un estímulo a 3 proteínas quinasas que actúan de
forma secuencial y que culmina con la activación de la MAP quinasa que es capaz de
trasladarse al núcleo donde regula la transcripción modificando la actividad de proteínas
(como lo son la transcripción, modulación y expresión). Una modificación de esta vía
puede producir en exceso a la conocida proteína 14-3-3 (p14-3-3) la cual tiene la capacidad
de unirse a una multitud de proteínas funcionales, incluyendo quinasas, fosfatasas y
receptores transmembranales; al haber un exceso de la p14-3-3 esta forma microfibrillas en
el Sistema Nervioso Central (SNC) desencadenando la enfermedad de Creutzfeldt Jakob
(CJD) ya que en muestras de líquido cefalorraquídeo de los pacientes, hay una acumulación
elevada de esta proteína. La CJD es una enfermedad priónica que se presenta a partir de los
50-60 años de edad; de un carácter genético hereditario causado por un prion (PrP), esto
debido a un mal plegamiento que presenta una forma anómala de la proteína priónica
celular (PrPc).
Palabras claves: via de señalización, MAPK, RAF-1, proteína 14-3-3, enfermedad de
Creutzfeldt Jakob.
INTRODUCCIÓN
Las células no son organismos aislados, ya que reciben señales desde su medio y responden
a estas. La unión de las moléculas señalizadoras a su receptor produce toda una cascada de
reacciones que se caracterizan por regular en gran medida el comportamiento de nuestra
célula. Por eso es de gran interés para nosotros comprender los mecanismos moleculares
que constituyen estas vías de señalización celular, ya que muchos tipos de enfermedades
surgen debido a una alteración de las células sanas. Por su parte, muchos de nuestros
conocimientos sobre las vías de señalización proceden del estudio de células cancerosas,
células infecciosas y líquidos cefalorraquídeos.
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Comunicación por señales extracelulares
La comunicación por señales extracelulares suele abarcar los siguientes pasos: 1) La
síntesis. 2) Liberación de la molécula de señalización mediante la célula de señalización. 3)
El transporte de la señal a la célula diana. 4) La fijación de la señal mediante un receptor
proteico especifico que conduce a su activación. 5) La iniciación de una o más vías de
transducción de la señal intracelular por el receptor activado. 6) Cambios específicos en la
función. 7) Eliminación de la señal.
La mayoría de los receptores es activada mediante la fijación de moléculas segregadas o
unidas a la membrana (ver Fig. 1). Sin embargo, algunos receptores son activados por
cambio en la concentración de un metabolito o por estímulos físico.
Fig 1. Principales clases de receptores celular de la membrana. En diversas vías de señalización, la f ijación de
nuestro ligando a un receptor conduce a la activación de factores de transcripción en el citosol, lo que les permite trasladarse al interior del núcleo y estimular o suprimir la transcripción de sus genes diana. De manera alternativa la estimulación puede llevar la activación de las proteincinasas citosolicas que luego de trasladan al interior del núcleo. (De. Lodish | Berk | Matsudaira | káiser | Krieger | Scott | Zipursky | Darnell. Mocelullar Cell Biology. 5ª edición. Editorial
Panamericana)
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La vía de señalización por receptor tirosincinasa se caracteriza por un dominio citosolicos
con actividad de tirosincinasa. Las cinasas citosolicas activadas (aquí MAP cinasas) que se
trasladan al núcleo y activan los factores de transcripción nucleares por fosforilación. Esta
señalización será la de interés para nosotros en el desarrollo del tema, ya que las proteínas
relacionadas a estas son de un carácter de quinasas ( o también llamadas cinasas) y
fosfatasas, entre la cual podremos encontrar una familia proteínica muy particular, la p14-3-
3. La cual está estrechamente ligada a esta vía.
La proteína 14-3-3
La p14-3-3 (ver Fig. 2) se expresan en
todos las células eucariotas con la
capacidad de unirse a las proteínas de
señalización, incluyendo quinasas,
fosfatasas y receptores transmembranales.
Su nombre se refiere al patrón de elución
y migración muy particular de estas
proteínas. Las p14-3-3 desempeñan una
función esencial en la organización de la
cascada de la proteincinasa activada por
mitogeno/ras/raf, una vía de señalización
fundamental para el desarrollo de las
neuronas y células gliales en el SNC. Por tanto las p14-3-3 juegan un papel muy importante
cuando se trata de una isoforma alterna (debido a un mal plegamiento de la hélice alpha) ya
que esta es producida en excesos por una alteración en la via MAPk, más específicos en la
vía Raf-1, se convierte en el detonante de la CJD. Debido a que p14-3-3 puede desempeñar
un papel priónico.
Prion
Los priones son un caso muy particular, pues son partículas no celulares, son proteínas
que sin ser virus, tienen también características patógenas e infecciosas. Los priones no son
organismos vivos, son solo proteínas con alguna mutación (error estructural)
Receptores proteína-tirosina quinasa
Esta familia, siendo la de interés para nosotros; es la más grande de los receptores
acoplados a enzimas. Los receptores proteína-tirosina quinasa fosforilan las proteínas
sustrato en sus residuos de tirosina. En esta familia incluimos a los receptores para la
mayoría de los factores de “proliferación polipeptidico”, por lo que la fosforilación de las
tirosinas de las proteínas han sido estudiadas fundamentalmente como un mecanismo de
señalización involucrado en el control de crecimiento y de la diferenciación de las células
humanas.
Fig. 2 Modelos de la proteína 14-3-3. Responsable de
ataxia cerebelosa, detonante de la enfermedad de Creutzfeldt Jakob. (De Wikipedia. Protein 14-3-3)
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Vía MAP Quinasa (o conocida como MAP cinasas)
Los elementos implicados en la vía se activan curiosamente corriente abajo, lo cual
posibilita la actividad del siguiente y así sucesivamente. La naturaleza de proteína cinasa de
estas enzimas implica que el mecanismo de activación sea la adición o eliminación de
grupos fosfato (es decir, la actividad cinasa y la fosfatasa), lo cual interviene en la
estructura proteica y actúa de interruptor.
En los mamíferos
las quinasas son las
responsables de
prácticamente todos
los fenómenos
celulares (ver Fig. 3).
La especificidad de la
señalización de los
componentes de la
cascada MAPk se
mantiene al menos en
parte gracias a la
organización de los
componentes de cada
cascada de
MAPquinasas en
complejos que están
asociados a las
proteínas scaffold.
Todo inicia cuando el mitogeno extracelular
se une al ligando de membrana del receptor
tirosin quinasa (ver Fig. 4), al unirse al receptor
este es dimerizado y entonces ocurre una doble
fosforilación en los extremos intracelulares de
ambos receptores. Hecho esto GRB2 migra
hacia nuestro extremo intracelular junto con
SOS. SOS libera GP activando así RAS (el cual
migrara hacia el receptor) siendo este un
capturista de GTP (cambiando su PIB por este).
Paso siguiente ocurre la activación MAP3K, que
activa MAP2K, el cual activa MAPK. Teniendo
a RAS-GTP activada, esta activara la proteína
quinasa de nuestra quinasa RAF. RAF hidroliza
Fig. 3 Primera etapa de la vía MAPk. El ligando
llega y se acopla al dominio extracelular, ocurriendo una dimerización y una doble fosforilación la cual dará pie a toda la cascada completa.
Fig. 3 Vias de activación de las quinasas MAP en células de mamíferos. Las citoquinasas inflamatorias asi como los factores de crecimiento son los mas relevantes para nosotros, pues podemos asociarlos a las apoptosis celular que conlleva al
desarrollo de DCJ.
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el GTP asociado a RAS dando lugar a GDP, provocando liberación de RAF activa que
fosforila y activa MEK. MEK fosforila y activa una proteína cinasa activada por mitogenos.
Siendo RAF (serina/treonina) y MAPK tirosina/treonina; proteinas quinasas selectivas. Y
MEK siendo cinasa de tirosina/treonina (ver Fig. 4).
Por parte de RAS, lo que podemos ver en la vía de señalización es que estas alternan entre
los estados inactivos unidos a GDP y activos unidos a GTP (ver Fig. 5).
Fig. 4 Vía de señalización de la MAPK.
Fig. 5. Regulación de RAS. (De La célula de Cooper, capítulo 13. Editorial Marban)
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Enfermedad de Creutzfeldt Jakob
La enfermedad de Creutzfeldt Jakob es un mal neurológico con formas genéticas
hereditarias por un prion (PrP), caracterizada por la clínica de demencia, ataxia y miocinas
de evolución rápida cuyo diagnóstico se hace mediante biopsia cerebral o autopsia. Aunque
las formas más comunes de DCJ son las esporádicas, familiar y iatrogénica y una nueva
variante. En este caso, analizare la relación del DCJ esporádico con la vía MAPk, La DCJ
es inusual, con una prevalencia de 1 caso por cada millón de personas sin predominio
geográfico, se caracteriza por una proliferación exagerada del p14-3-3. El modo de
infección es desconocido pero se caracteriza por una serie de 20-30 modificaciones de la
proteína p14-3-3 (relacionado al cromosoma 20). Esta enfermedad está relacionada con la
vía MAPk porque la p14-3-3 desempeña una función esencial en la organización de la
cascada de la proteincinasa activada por mitogeno/ras/raf.
DISCUSION
Las mutaciones en MAPk son
comunes, pero en el sentido del
SNC, esta vía es raramente
modificada (ver Fig. 6), ya que
puede deberse a una mutación en
el dominio extracelular, en el
dominio transmembranal, o en
el peor de los casos debido a
mutación intracelular; estas
mutaciones consisten en que el
receptor dimeriza en
AUSENCIA de su ligando. Esta
dimerización (a pesar de que la
mutación ocurra en una parte del
alelo del receptor) produce un
desequilibrio en toda la vía de
señalización que se lleva acabo, así como la función directa en el núcleo, este tipo de
mutación produce una exagera proliferación proteínica (p14-3-3).
La enfermedad de Creutzfeldt Jakob es una enfermedad multifactorial, ya que no solo se ve
afectada la vía MAPk, pues hay otras dos vías modificadas.
La vía de señalización NOTCH (ver Fig. 7) en la cual consiste en una comunicación de
célula – célula, este vía de señalización es la más sencillas de todas, pero su modificación
puede producir un daño a nivel cerebral, e igualmente desencadena varios tipos de canceres
y tumores.
Fig. 6 Tres tipos de mutaciones en los receptores MAPk .
Del tipo A, caracterizado por una mutación en el medio extracelular. Del tipo B, caracterizado por una mutación en el medio
transmembranal. Del tipo C, caracterizado por una mutación en el medio intracelular.
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La vía JAK – STAT,
caracterizada por una
modificación que logra
producir ataxia
cerebelosa, la cual es
un desencadenante en
DCJ.
Regresando con la vías
MAP quinasas, la
modificación de su
receptor no es el único
factor propicio a una
excesiva proliferación
de p14-3-3. Ya que la
vía RAF en MAPk
puede ser alterada de
igual forma,
produciendo un error en
el desarrollo de neuronas y células gliales, haciendo un incremento exagerado de apoptosis
neuronal, lo cual conlleva a que solo halla presencia de p14-3-3. En otras palabra, nuestro
receptor de tirosinquinasa puede estar en estado perfecto, es decir la primera parte de
nuestra vía se llevaría a cabo correctamente, pero al llegar a vía RAF, tendríamos un error.
El error no ocurría en cualquier RAF, debe ocurrir forzosamente en la quinasa
independiente de las funciones de RAF-quinasa. (ver Fig. 8). En RAF (normal) activado
tenemos RAF-1, la cual controla la migración celular y su diferenciación por inhibición de
RHO-quinasa ROK- α, posterior RAF-1 controla TNF- y Fas (apoptosis mediada por
inhibición de la señal de apoptosis regulada por quinasa-1). RAF-1 y A-RAF se unen e
inhiben la pro-apoptosis de los mamíferos, interfiriendo así con la dimerización, la
autofosforilacion y la activación. Pero puede ocurrir un error (por predisposición genética)
en la cual RAF-1 no está presente, lo cual provoca que la apoptosis mediada no sea
controlada, ya que ante la carencia de RAF-1, esta no se une a RAF-A, permitiendo una
apoptosis excesiva que conlleva a una muerte de neuronas y glias.
Esta exagerada apoptosis, es un precursor de DCJ.
Fig.7 Vía NOTCH. El dominio citosolicas de NOTCH liberado por proteólisis actúa
en asociación con factores de transcripción nuclear.
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CONCLUSION
La vía de señalización MAPk – RAF-1 posee una gran importancia en lo que respecta a
nivel del sistema nervioso central, ya que MAPk como tal es responsable de la proliferación
proteínica, y RAF-1 es responsable de la apoptosis neuronal-glial. El solo hecho de
presentar una mutación en lo que respecta el receptor de MAPk puede desencadenar todo
un error en nuestra vía de señalización, haciendo proliferar proteínas de un carácter priónica
para el organismo, o el presentar una disposición genética que ataque a RAF-1 puede hacer
que la apoptosis neuronal (y de otras células) se vea incrementada lo cual conllevaría a un
desequilibrio. No obstante puede ocurrir algún otro factor que nos conlleve a algún tipo de
error (no solo los tratados en este trabajo) que nos modifique nuestra vía MAPk.
Fig. 8 Mecanismo RAF-1 en condiciones normales.
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REFERENCIAS
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Enfermedad de Creutzfeldt Jakob: a propósito de un caso de proteína 14-3-3 y
resonancia electromagnética por difusión pesada.
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progresiva como manifestación de la enfermedad de Creutzfeldt Jakob
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biomedicina/articulos/que-es-un-prion
Mauricio Lema. (26 de enero de 2014). [YouTube] MolBiol: via de la MAPk en
https://www.youtube.com/watch?v=6TR7a8JUJUY
Javier Novo. (24 de octubre de 2011). [YouTube] Activación de receptores tirosina
– quinasa. En https://www.youtube.com/watch?v=vbafAFhFtPo