Proteína que contiene valosina
Gen codificador de proteínas en la especie Homo sapiens
PCV
Estructuras disponibles
APBúsqueda de ortólogos: PDBe RCSB
Identificadores
AliasVCP , ALS14, HEL-220, HEL-S-70, IBMPFD, IBMPFD1, TERA, p97, proteína que contiene valosina, CMT2Y, proteína que contiene valosina, CDC48, FTDALS6
Identificaciones externasOMIM : 601023; MGI : 99919; HomoloGene : 5168; Tarjetas genéticas : VCP; OMA :VCP - ortólogos
Ortólogos
EspeciesHumanoRatón
Entre

7415

269523

Conjunto

ENSG00000165280

ENSMUSG00000028452

Protección unificada

P55072

Q01853

RefSeq (ARNm)

NM_007126
NM_001354927
NM_001354928

Número de modelo_009503

RefSeq (proteína)

NP_009057
NP_001341856
NP_001341857

NP_033529

Ubicación (UCSC)Crónica 9: 35.05 – 35.07 MbCrónica 4: 42,98 – 43 Mb
Búsqueda en PubMed[3][4]
Wikidatos
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La proteína que contiene valosina ( VCP ) o ATPasa del retículo endoplasmático transicional ( TER ATPasa ) también conocida como p97 en mamíferos y CDC48 en S. cerevisiae , es una enzima que en humanos está codificada por el gen VCP . [5] [6] [7] La ​​TER ATPasa es una enzima ATPasa presente en todos los eucariotas y arqueobacterias . Su función principal es segregar moléculas proteicas de grandes estructuras celulares como conjuntos proteicos, membranas de orgánulos y cromatina , y así facilitar la degradación de los polipéptidos liberados por la proteasa multisubunitaria proteasoma .

VCP/p97/CDC48 es un miembro de la familia de ATPasas AAA+ (familia extendida de ATPasas asociadas con diversas actividades celulares). Las enzimas de esta familia se encuentran en todas las especies, desde las bacterias hasta los humanos. Muchas de ellas son chaperonas importantes que regulan el plegamiento o desplegamiento de las proteínas sustrato. VCP es una ATPasa AAA+ de tipo II, lo que significa que contiene dos dominios ATPasa en tándem (denominados D1 y D2, respectivamente) ( Figura 1 ).

Figura 1- Diagrama esquemático de la estructura del dominio p97.

Los dos dominios de la ATPasa están conectados por un enlace polipeptídico corto. Un dominio que precede al dominio D1 ( dominio N-terminal ) y una cola carboxilo-terminal corta están involucrados en la interacción con cofactores. [8] El dominio N está conectado al dominio D1 por un enlace N-D1 corto.

La mayoría de los sustratos conocidos de VCP están modificados con cadenas de ubiquitina y degradados por el proteasoma 26S . En consecuencia, muchas coenzimas y adaptadores de VCP tienen dominios que pueden reconocer la ubiquitina. [9] Se ha hecho evidente que las interacciones entre la ubiquitina y los cofactores de VCP son fundamentales para muchas de las funciones propuestas, aunque el papel preciso de estas interacciones aún está por dilucidar.

Descubrimiento

CDC48 fue descubierto en un análisis genético de genes involucrados en la regulación del ciclo celular en levaduras en ciernes . [10] El análisis identificó varios alelos de Cdc48 que afectan el crecimiento celular a temperaturas no permisivas. Una búsqueda del homólogo mamífero de CDC48 (valosina) reveló un precursor proteico de 97 kDa llamado "proteína que contiene valosina (VCP)" o p97, y también mostró que solo se generó como un artefacto de purificación en lugar de durante el procesamiento fisiológico. [11] Incluso sin evidencia de que la valosina sea un producto fisiológico, la nomenclatura VCP continúa utilizándose en la literatura.

Distribución tisular y subcelular

La VCP es una de las proteínas citoplasmáticas más abundantes en las células eucariotas. Se expresa de forma ubicua en todos los tejidos de los organismos multicelulares. En los seres humanos, se ha descubierto que la expresión del ARNm de la VCP está moderadamente elevada en ciertos tipos de cáncer. [9]

En las células de mamíferos, el VCP se localiza predominantemente en el citoplasma, y ​​una fracción significativa se asocia a las membranas de los orgánulos celulares como el retículo endoplasmático (RE), el aparato de Golgi, las mitocondrias y los endosomas. [6] [12] [13] [14] [15] La localización subcelular de CDC48 no se ha caracterizado por completo, pero es probable que sea similar a la de su contraparte de mamíferos. También se encontró una fracción de VCP en el núcleo. [16]

Estructura

Según las estructuras cristalinas del VCP de tipo salvaje de longitud completa, [17] [18] seis subunidades de VCP se ensamblan en una estructura similar a un barril, en la que los dominios N-D1 y D2 forman dos anillos concéntricos apilados ( Figura 2 ).

Figura 2: Estructura del VCP. Las seis subunidades se muestran como superficie molecular en diferentes colores. Los dominios de cada subunidad también están sombreados de manera diferente. Se presentan dos vistas. Esta estructura representa el VCP en un estado unido a ADP.

El anillo N-D1 es más grande (162 Å de diámetro) que el anillo D2 (113 Å) debido a los dominios N unidos lateralmente. Los dominios D1 y D2 son altamente homólogos tanto en secuencia como en estructura, pero cumplen funciones distintas. Por ejemplo, el ensamblaje hexamérico de VCP solo requiere el dominio D1 pero no el D2. [19] A diferencia de muchas proteínas AAA+ bacterianas, el ensamblaje del hexámero VCP no depende de la presencia de nucleótidos. El ensamblaje hexamérico de VCP puede sufrir cambios conformacionales dramáticos durante el ciclo de hidrólisis de nucleótidos, [20] [21] [22] [23] [24] y generalmente se cree que estos cambios conformacionales generan fuerza mecánica, que se aplica a las moléculas de sustrato para influir en su estabilidad y función. Sin embargo, no está claro con qué precisión VCP genera fuerza.

El ciclo de hidrólisis del ATP

La actividad de hidrolización de ATP es indispensable para las funciones de VCP. [25] Los dos dominios ATPasa de VCP (D1 y D2) no son equivalentes porque el dominio D2 muestra una actividad ATPasa mayor que el dominio D1 en la proteína de tipo salvaje. Sin embargo, sus actividades dependen una de la otra. [26] [27] [28] [29] Por ejemplo, la unión de nucleótidos al dominio D1 es necesaria para la unión de ATP al dominio D2 y la unión de nucleótidos e hidrólisis en D2 es necesaria para que el dominio D1 hidrolice ATP.

La actividad ATPasa de VCP puede verse influida por muchos factores. Por ejemplo, puede ser estimulada por el calor [29] o por una proteína sustrato putativa. [30] En Leishmania infantum , la proteína Li VCP es esencial para el desarrollo intracelular del parásito y su supervivencia bajo estrés térmico. [31] La asociación con cofactores puede tener un impacto positivo o negativo en la actividad ATPasa p97. [32] [33]

Las mutaciones en VCP también pueden influir en su actividad. Por ejemplo, las proteínas mutantes de VCP que portan mutaciones puntuales únicas que se encuentran en pacientes con proteinopatía multisistémica (MSP; anteriormente conocida como IBMPFD (miopatía por cuerpos de inclusión asociada con la enfermedad ósea de Paget y la demencia frontotemporal)) (ver más abajo) tienen un aumento de 2 a 3 veces en la actividad de la ATPasa. [27] [34] [35]

Proteínas que interactúan con VCP

Estudios proteómicos recientes han identificado una gran cantidad de proteínas que interactúan con p97. Muchas de estas proteínas sirven como adaptadores que vinculan el VCP a un compartimento subcelular particular para funcionar en una vía celular específica. Otras funcionan como adaptadores que reclutan sustratos para el VCP para su procesamiento. Algunas proteínas que interactúan con el VCP también son enzimas como la N-glicanasa, la ubiquitina ligasa y la desubiquitinasa, que ayudan al VCP a procesar sustratos.

La mayoría de los cofactores se unen a VCP a través de su dominio N, pero algunos interactúan con la cola carboxiterminal corta de VCP. Las proteínas representativas que interactúan con el dominio N son Ufd1, Npl4, p47 y FAF1. [36] [37] [38] Ejemplos de cofactores que interactúan con la cola carboxiterminal de VCP son PLAA, PNGase y Ufd2. [39] [40] [41]

Se ha estudiado la base molecular de la unión de cofactores para algunos cofactores que interactúan con el dominio N del VCP. El dominio N consta de dos subdominios de tamaño aproximadamente igual: el doble barril Y N-terminal y un barril b C-terminal ( Figura 3 ).

Figura 3: Estructura del dominio N del VCP. El dominio N se representa como una superficie molecular superpuesta a una representación en forma de cinta.

Los estudios estructurales muestran que muchas proteínas cofactores se unen al dominio N en una hendidura formada entre los dos subdominios.

Entre los que se unen al dominio N de VCP, se encuentran dos motivos de secuencia que aparecen con mayor frecuencia: uno se llama motivo UBX (ubiquitina reguladora X) [42] y el otro se denomina VIM (motivo de interacción con VCP). [43] El dominio UBX es un módulo de 80 residuos con un pliegue que se parece mucho a la estructura de la ubiquitina. El motivo de interacción con VCP (VIM) es un motivo de secuencia lineal (RX 5 AAX 2 R) que se encuentra en varios cofactores de VCP, incluidos gp78, [44] SVIP (proteína pequeña inhibidora de VCP) [45] y VIMP (proteína de membrana que interactúa con VCP). [46] Aunque el dominio UBX utiliza un bucle de superficie mientras que VIM forma una hélice para unirse a VCP, tanto UBX como VIM se unen en la misma ubicación entre los dos subdominios del dominio N ( Figura 3 ). [47] Se propuso que la unión jerárquica a distintos cofactores puede ser esencial para las amplias funciones del VCP. [48] [49]

Función

El VCP desempeña diversas funciones modulando la estabilidad y, por lo tanto, la actividad de sus sustratos. La función general del VCP es segregar proteínas de grandes conjuntos proteicos o estructuras celulares inmóviles, como las membranas o la cromatina, lo que permite que las moléculas proteicas liberadas sean degradadas por el proteosoma. Las funciones del VCP se pueden agrupar en las tres categorías principales siguientes.

Control de calidad de proteínas

La función mejor caracterizada de VCP es mediar una red de procesos de control de calidad de proteínas para mantener la homeostasis de las proteínas. [50] Estos incluyen la degradación de proteínas asociada al retículo endoplasmático (ERAD) y la degradación asociada a las mitocondrias. [14] [51] En estos procesos, la hidrólisis de ATP por VCP es necesaria para extraer proteínas aberrantes de las membranas del RE o las mitocondrias. VCP también es necesaria para liberar productos de traducción defectuosos estancados en el ribosoma en un proceso denominado degradación asociada al ribosoma. [52] [53] [54] Parece que solo después de la extracción de las membranas o el ensamblaje de proteínas grandes como el ribosoma, los polipéptidos pueden ser degradados por el proteasoma. Además de esta función de "segregasa", VCP podría tener un papel adicional en el transporte de los polipéptidos liberados al proteasoma. Esta función de chaperona parece ser particularmente importante para la degradación de ciertas proteínas mal plegadas propensas a la agregación en el núcleo. [55] Varias líneas de evidencia también implican a p97 en la autofagia, un proceso que renueva las proteínas celulares (incluidas las mal plegadas) envolviéndolas en vesículas rodeadas de doble membrana llamadas autofagosoma, pero el papel preciso de VCP en este proceso no está claro. [56]

Funciones asociadas a la cromatina

La VCP también funciona ampliamente en el núcleo eucariota al liberar moléculas de proteína de las cromatinas de una manera análoga a la de ERAD. [57] Los sustratos de VCP identificados incluyen el represor transcripcional α2 y el complejo de ARN polimerasa (Pol) II y la helicasa de ADN CMG en la levadura en ciernes, y el factor de licencia de replicación de ADN CDT1, las proteínas reparadoras de ADN DDB2 y XPC, el regulador de mitosis Aurora B y ciertas polimerasas de ADN en células de mamíferos. Estos sustratos vinculan la función de VCP con la transcripción genética, la replicación y reparación de ADN y la progresión del ciclo celular.

Fusión y tráfico de membranas

Estudios bioquímicos y genéticos también han implicado al VCP en la fusión de vesículas que conducen a la formación del aparato de Golgi al final de la mitosis. [58] Este proceso requiere el adaptador de unión a la ubiquitina p47 y una desubiquitinasa asociada a p97 VCIP135, y por lo tanto conecta la fusión de membranas a las vías de la ubiquitina. Sin embargo, el papel preciso del VCP en la formación del aparato de Golgi no está claro debido a la falta de información sobre el sustrato o sustratos relevantes. Estudios recientes también sugieren que el VCP puede regular el tráfico de vesículas desde la membrana plasmática hasta el lisosoma, un proceso denominado endocitosis. [56] Un equipo dirigido por Arkin ha desarrollado inhibidores basados ​​en fragmentos de anticuerpos para inhibir la interacción entre p97 y p47, modulando selectivamente el proceso de reensamblaje del aparato de Golgi. [59]

Importancia clínica

En 2004, Virginia Kimonis fue la primera en informar que las mutaciones en VCP causaban un síndrome caracterizado por demencia frontotemporal , miopatía por cuerpos de inclusión y enfermedad de Paget del hueso . [60] En 2010, Bryan Traynor y Adriano Chiò también descubrieron que las mutaciones en VCP eran una causa de esclerosis lateral amiotrófica . [61] Este descubrimiento fue notable ya que representó un vínculo genético inicial entre dos enfermedades neurológicas dispares, la esclerosis lateral amiotrófica y la demencia frontotemporal. En 2020, Edward Lee describió una mutación hipomórfica distintiva en VCP asociada con tauopatía vacuolar, un subtipo único de degeneración lobar frontotemporal con inclusiones tau. [62]

Las mutaciones en el gen VCP son un ejemplo de pleiotropía , en la que mutaciones en el mismo gen dan lugar a diferentes fenotipos. Se ha acuñado el término proteinopatía multisistémica (MSP) para describir esta forma particular de pleiotropía. [63] Aunque la MSP es poco frecuente, el creciente interés en este síndrome se deriva de los conocimientos moleculares que proporciona la afección sobre la relación etiológica entre enfermedades degenerativas comunes relacionadas con la edad de los músculos, los huesos y el cerebro. Se ha estimado que aproximadamente el 50 % de la MSP puede ser causada por mutaciones sin sentido que afectan al gen de la proteína que contiene valosina (VCP). [64]


Terapia contra el cáncer

El primer inhibidor de p97, Eeyarestatin (EerI), se descubrió mediante el cribado y la caracterización de compuestos que inhiben la degradación de un sustrato ERAD marcado con fluorescencia. [65] [66] El mecanismo de inhibición de VCP por EerI no está claro, pero cuando se aplica a las células, induce fenotipos biológicos asociados con la inhibición de VCP, como la inhibición de ERAD, la elevación del estrés de ER y la inducción de apoptosis. Es importante destacar que EerI muestra una actividad significativa para matar el cáncer in vitro, preferentemente contra células cancerosas aisladas de pacientes, y puede actuar en sinergia con el inhibidor del proteasoma bortezomib para matar células cancerosas. [67] Estas observaciones impulsan la idea de apuntar a VCP como una posible terapia contra el cáncer. Esta idea se confirmó aún más mediante el estudio de varios inhibidores competitivos de ATP y alostéricos. [68] [69] [70] Más recientemente, se ha desarrollado un inhibidor de VCP potente y específico, CB-5083, que demuestra actividades anticancerígenas prometedoras en modelos de tumores de xenoinjerto de ratón. [71] El compuesto se está evaluando ahora en un ensayo clínico de fase 1. [72]

Notas

Referencias

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