Fosfoinosítido 3-quinasa
Clase de enzimas
Fosfatidilinositol-4,5-bisfosfato 3-quinasa
Inhibidor de PIK-93 (amarillo) unido a la subunidad gamma PI3K 110. [1]
Identificadores
SímboloPI3K
PfamPF00454
InterprofesionalIPR000403
ELEGANTESM00146
PROSITIOPDOC00710
SCOP23 gmm / ALCANCE / SUPFAM
Superfamilia OPM265
Proteína OPM3 ml 9
Estructuras de proteínas disponibles:
Pfam  estructuras / ECOD  
APPDB RCSB; PDBj
PDBsumaResumen de la estructura
Fosfoinosítido 3-quinasa
Identificadores
N.º CE2.7.1.137
N.º CAS115926-52-8
Bases de datos
IntEnzVista de IntEnz
BRENDAEntrada de BRENDA
ExpasíVista de NiceZyme
BARRILEntrada de KEGG
MetaCiclovía metabólica
PRIAMOperfil
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Instituto Nacional de BiologíaProteínas

Las fosfoinosítido 3-quinasas ( PI3Ks ), también llamadas fosfatidilinositol 3-quinasas , son una familia de enzimas involucradas en funciones celulares como el crecimiento celular, proliferación, diferenciación, motilidad, supervivencia y tráfico intracelular, que a su vez están involucradas en el cáncer.

Las PI3K son una familia de enzimas transductoras de señales intracelulares relacionadas capaces de fosforilar el grupo hidroxilo de la posición 3 del anillo de inositol del fosfatidilinositol (PtdIns). [2] La vía, con el oncogén PIK3CA y el gen supresor de tumores PTEN , está implicada en la sensibilidad de los tumores cancerosos a la insulina y al IGF1 , y en la restricción calórica . [3] [4]

Descubrimiento

El descubrimiento de PI3Ks por Lewis Cantley y colegas comenzó con su identificación de una fosfoinosítido quinasa previamente desconocida asociada con la proteína T media del polioma . [5] Observaron una especificidad de sustrato única y propiedades cromatográficas de los productos de la lípido quinasa, lo que llevó al descubrimiento de que esta fosfoinosítido quinasa tenía la capacidad sin precedentes de fosforilar fosfoinosítidos en la posición 3' del anillo de inositol. [6] Posteriormente, Cantley y colegas demostraron que in vivo la enzima prefiere PtdIns(4,5)P2 como sustrato, produciendo el nuevo fosfoinosítido PtdIns(3,4,5)P3 [7] previamente identificado en neutrófilos. [8]

Clases

La familia PI3K se divide en cuatro clases diferentes: Clase I , Clase II , Clase III y Clase IV. Las clasificaciones se basan en la estructura primaria, la regulación y la especificidad del sustrato lipídico in vitro . [9]

Clase I

Las PI3K de clase I catalizan la conversión de fosfatidilinositol (4,5)-bisfosfato (PI(4,5)P 2 ) en fosfatidilinositol (3,4,5)-trisfosfato (PI(3,4,5)P 3 ) in vivo. Si bien in vitro también se ha demostrado que convierten fosfatidilinositol (PI) en fosfatidilinositol 3-fosfato (PI3P) y fosfatidilinositol 4-fosfato (PI4P) en fosfatidilinositol (3,4)-bisfosfato (PI(3,4)P 2 ), estas reacciones están fuertemente desfavorecidas in vivo. [10] [11] [12] [13] La PI3K es activada por receptores acoplados a proteína G y receptores de tirosina quinasa . [9]

Las PI3K de clase I son moléculas heterodímeras compuestas de una subunidad reguladora y una subunidad catalítica ; se dividen además entre los subconjuntos IA y IB según la similitud de secuencia. Las PI3K de clase IA se componen de un heterodímero entre una subunidad catalítica p110 y una subunidad reguladora más corta (a menudo p85). [14] Hay cinco variantes de la subunidad reguladora: las tres variantes de empalme p85α, p55α y p50α , p85β y p55γ . También hay tres variantes de la subunidad catalítica p110 denominadas subunidad catalítica p110α, β o δ. Las tres primeras subunidades reguladoras son todas variantes de empalme del mismo gen ( Pik3r1 ), las otras dos se expresan por otros genes (Pik3r2 y Pik3r3, p85β y p55γ, respectivamente). La subunidad reguladora más expresada es p85α; las tres subunidades catalíticas se expresan por genes separados ( Pik3ca , Pik3cb y Pik3cd para p110α , p110β y p110δ , respectivamente). Las dos primeras isoformas de p110 (α y β) se expresan en todas las células, pero p110δ se expresa principalmente en leucocitos , y se ha sugerido que evolucionó en paralelo con el sistema inmunológico adaptativo. Las subunidades reguladora p101 y catalítica p110γ comprenden las PI3K de clase IB y están codificadas por un solo gen cada una ( Pik3cg para p110γ y Pik3r5 para p101).

Las subunidades p85 contienen dominios SH2 y SH3 ( Online Mendelian Inheritance in Man (OMIM): 171833). Los dominios SH2 se unen preferentemente a residuos de tirosina fosforilados en el contexto de la secuencia de aminoácidos YXXM. [15] [16]

Clases II y III

Descripción general de las vías de transducción de señales implicadas en la apoptosis .

Las PI3K de clase II y III se diferencian de las de clase I por su estructura y función. La característica distintiva de las PI3K de clase II es el dominio C2 C-terminal. Este dominio carece de residuos Asp críticos para coordinar la unión de Ca 2+ , lo que sugiere que las PI3K de clase II se unen a los lípidos de una manera independiente del Ca 2+ .

La clase II comprende tres isoformas catalíticas (C2α, C2β y C2γ), pero, a diferencia de las clases I y III, no contiene proteínas reguladoras. La clase II cataliza la producción de PI(3)P a partir de PI y PI(3,4)P 2 a partir de PI(4)P; sin embargo, se sabe poco sobre su papel en las células inmunes. Sin embargo, se ha demostrado que PI(3,4)P 2 desempeña un papel en la fase de invaginación de la endocitosis mediada por clatrina. [17] C2α y C2β se expresan en todo el cuerpo, pero la expresión de C2γ se limita a los hepatocitos .

Las PI3K de clase III producen solo PI(3)P a partir de PI [9] pero son más similares a la clase I en estructura, ya que existen como heterodímeros de una subunidad catalítica ( Vps34 ) y una subunidad reguladora (Vps15/p150). La clase III parece estar involucrada principalmente en el tráfico de proteínas y vesículas. Sin embargo, hay evidencia que demuestra que pueden contribuir a la efectividad de varios procesos importantes para las células inmunes, en particular la fagocitosis .

Clase IV

Un grupo de enzimas más distantemente relacionadas a veces se denomina PI3K de clase IV. Está compuesto por la ataxia telangiectasia mutada (ATM), la ataxia telangiectasia y relacionada con Rad3 (ATR), la proteína quinasa dependiente de ADN (DNA-PK) y la diana de rapamicina en mamíferos (mTOR). Son proteínas serina/treonina quinasas.

Genes humanos

grupogeneproteínaaliasNúmero CE
Catalizador de clase 1PIK3CAPI3K, polipéptido alfa catalíticop110-α2.7.1.153
PIK3CBPI3K, polipéptido beta catalíticop110-β
PIK3CGPI3K, polipéptido catalítico gammap110-γ
PIK3CDPI3K, polipéptido catalítico deltap110-δ
clase 1 reglamentariaPIK3R1PI3K, subunidad reguladora 1 (alfa)p85-α, p55-α, p50-α (variantes de empalme)N / A
PIK3R2PI3K, subunidad reguladora 2 (beta)p85-β
PIK3R3PI3K, subunidad reguladora 3 (gamma)p55-γ
PIK3R4PI3K, subunidad reguladora 4pág. 150
PIK3R5PI3K, subunidad reguladora 5pág. 101
PIK3R6PI3K, subunidad reguladora 6pág. 87
Clase 2PIK3C2API3K, clase 2, polipéptido alfaPI3K-C2α2.7.1.154
PIK3C2BPI3K, clase 2, polipéptido betaPI3K-C2β
PIK3C2GPI3K, clase 2, polipéptido gammaPI3K-C2γ
Clase 3PIK3C3PI3K, clase 3Vps342.7.1.137

Mecanismo

Los diversos fosfoinosítidos 3-fosforilados que son producidos por PI3Ks ( PtdIns3P , PtdIns(3,4)P2 , PtdIns(3,5)P2 y PtdIns(3,4,5)P3 ) funcionan en un mecanismo por el cual un grupo variado de proteínas de señalización, que contienen dominios PX , dominios de homología de pleckstrina (dominios PH), dominios FYVE u otros dominios de unión a fosfoinosítidos, son reclutados a varias membranas celulares.

Función

Las PI3K se han relacionado con un grupo extraordinariamente diverso de funciones celulares, que incluyen el crecimiento celular, la proliferación, la diferenciación, la motilidad, la supervivencia y el tráfico intracelular. Muchas de estas funciones se relacionan con la capacidad de las PI3K de clase I para activar la proteína quinasa B (PKB, también conocida como Akt) como en la vía PI3K/AKT/mTOR . Las isoformas p110δ y p110γ regulan diferentes aspectos de las respuestas inmunitarias. Las PI3K también son un componente clave de la vía de señalización de la insulina . Por lo tanto, existe un gran interés en el papel de la señalización de PI3K en la diabetes mellitus . La PI3K también está involucrada en la señalización de la interleucina (IL4) [ cita requerida ]

Mecanismo

El dominio de homología de pleckstrina de AKT se une directamente a PtdIns(3,4,5)P3 y PtdIns(3,4)P2 , que son producidos por PI3Ks activados. [18] Dado que PtdIns(3,4,5)P3 y PtdIns(3,4)P2 están restringidos a la membrana plasmática, esto da como resultado la translocación de AKT a la membrana plasmática. Del mismo modo, la quinasa dependiente de fosfoinosítido-1 (PDK1 o, raramente denominada como PDPK1) también contiene un dominio de homología de pleckstrina que se une directamente a PtdIns(3,4,5)P3 y PtdIns(3,4)P2, lo que hace que también se transloque a la membrana plasmática tras la activación de PI3K. La interacción de PDK1 activado y AKT permite que AKT sea fosforilado por PDK1 en la treonina 308, lo que conduce a la activación parcial de AKT. La activación completa de AKT ocurre tras la fosforilación de la serina 473 por el complejo TORC2 de la proteína quinasa mTOR .

Se ha demostrado que la vía PI3K/AKT es necesaria para una gama extremadamente diversa de actividades celulares, en particular la proliferación y supervivencia celular. Por ejemplo, se ha demostrado que participa en la protección de los astrocitos frente a la apoptosis inducida por ceramidas. [19]

Se han identificado muchas otras proteínas que están reguladas por PtdIns(3,4,5)P3, incluidas la tirosina quinasa de Bruton (BTK), el receptor general de fosfoinosítidos-1 (GRP1) y la transferasa de N-acetilglucosamina ligada a O (O-GlcNAc) .

PtdIns(3,4,5)P3 también activa factores de intercambio de nucleótidos de guanina (GEF) que activan la GTPasa Rac1, [20] lo que conduce a la polimerización de actina y al reordenamiento del citoesqueleto. [21]

Cánceres

La PI3K p110α de clase IA está mutada en muchos cánceres. Muchas de estas mutaciones hacen que la quinasa sea más activa. Es la quinasa más mutada en el glioblastoma , el tumor cerebral primario más maligno. [22] La fosfatasa PtdIns(3,4,5) P 3 PTEN que antagoniza la señalización de PI3K está ausente en muchos tumores. Además, el receptor del factor de crecimiento epidérmico EGFR que funciona aguas arriba de PI3K se activa o sobreexpresa por mutación en el cáncer. [22] [23] Por lo tanto, la actividad de PI3K contribuye significativamente a la transformación celular y al desarrollo del cáncer . Se ha demostrado que las células B malignas mantienen una actividad "tónica" del eje PI3K/Akt a través de la regulación positiva de una proteína adaptadora GAB1, y esto también permite que las células B sobrevivan a la terapia dirigida con inhibidores de BCR. [ cita requerida ]

Aprendizaje y memoria

Las PI3K también han sido implicadas en la potenciación a largo plazo (PLP). Aún se debate si son necesarias para la expresión o la inducción de la LTP. En las neuronas CA1 del hipocampo de ratón , ciertas PI3K forman complejos con receptores AMPA y se compartimentan en la densidad postsináptica de las sinapsis glutamatérgicas . [24] Las PI3K se fosforilan con la actividad CaMKII dependiente del receptor NMDA , [25] y luego facilita la inserción de las subunidades GluR1 del receptor AMPA-R en la membrana plasmática. Esto sugiere que las PI3K son necesarias para la expresión de la LTP. Además, los inhibidores de PI3K eliminaron la expresión de la LTP en el CA1 del hipocampo de rata, pero no afectan su inducción. [26] Cabe destacar que la dependencia de la expresión de la LTP en la fase tardía de las PI3K parece disminuir con el tiempo. [27]

Sin embargo, otro estudio encontró que los inhibidores de PI3K suprimieron la inducción, pero no la expresión, de LTP en CA1 del hipocampo de ratón. [28] La vía PI3K también recluta muchas otras proteínas aguas abajo, incluyendo mTOR , [29] GSK3β , [30] y PSD-95 . [29] La vía PI3K-mTOR conduce a la fosforilación de p70S6K , una quinasa que facilita la actividad traduccional, [31] [32] lo que sugiere además que las PI3K son necesarias para la fase de síntesis de proteínas de la inducción de LTP.

Las PI3K interactúan con el sustrato del receptor de insulina (IRS) para regular la captación de glucosa a través de una serie de eventos de fosforilación.

PI 3-quinasas como proteínas quinasas

Muchas PI3K parecen tener una actividad de serina/treonina quinasa in vitro ; sin embargo, no está claro si esto tiene algún papel in vivo . [ cita requerida ]

Inhibición

Todas las PI3K son inhibidas por los fármacos wortmanina y LY294002 , aunque ciertos miembros de la familia PI3K de clase II muestran una sensibilidad reducida. La wortmanina muestra una mayor eficacia que LY294002 en las posiciones de mutación de puntos calientes (GLU542, GLU545 y HIS1047) [33] [34]

Inhibidores de PI3K como agentes terapéuticos

Como la wortmanina y el LY294002 son inhibidores de amplio espectro de las PI3K y de varias proteínas no relacionadas en concentraciones más altas, son demasiado tóxicos para ser utilizados como agentes terapéuticos. [ cita requerida ] Por ello, varias compañías farmacéuticas han desarrollado inhibidores específicos de la isoforma de PI3K. A partir de enero de 2019, la FDA aprobó tres inhibidores de PI3K para uso clínico de rutina en humanos: el inhibidor de PIK3CD idelalisib (julio de 2014, NDA 206545), el inhibidor dual de PIK3CA y PIK3CD copanlisib (septiembre de 2017, NDA 209936) y el inhibidor dual de PIK3CD y PIK3CG duvelisib (septiembre de 2018, NDA 211155). La inhibición co-dirigida de la vía con otras vías como MAPK o PIM se ha destacado como una estrategia terapéutica anticancerígena prometedora, que podría ofrecer beneficios sobre el enfoque monoterapéutico al eludir la señalización compensatoria, retardar el desarrollo de resistencia y potencialmente permitir la reducción de la dosis. [35] [36] [37] [38] [39]

Véase también

Referencias

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Lectura adicional

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  • Schild C, Wirth M, Reichert M, Schmid RM, Saur D, Schneider G (diciembre de 2009). "La señalización de PI3K mantiene la expresión de c-myc para regular la transcripción de E2F1 en células de cáncer de páncreas". Molecular Carcinogenesis . 48 (12): 1149–58. doi :10.1002/mc.20569. PMID  19603422. S2CID  41545085.
  • Williams R, Berndt A, Miller S, Hon WC, Zhang X (agosto de 2009). "Forma y flexibilidad en las fosfoinosítido 3-quinasas". Biochemical Society Transactions . 37 (Pt 4): 615–26. doi :10.1042/BST0370615. PMID  19614567.
  • Quaresma AJ, Sievert R, Nickerson JA (abril de 2013). "Regulación de la exportación de ARNm por la vía de transducción de señales PI3 quinasa/AKT". Biología molecular de la célula . 24 (8): 1208–21. doi :10.1091/mbc.E12-06-0450. PMC  3623641 . PMID  23427269.
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