NPM1
Gen codificador de proteínas en humanos
NPM1
Estructuras disponibles
APBúsqueda de ortólogos: PDBe RCSB
Identificadores
AliasNPM1 , B23, NPM, nucleofosmina (fosfoproteína nucleolar B23, numatrina), nucleofosmina, nucleofosmina 1
Identificaciones externasOMIM : 164040; MGI : 106184; HomoloGene : 81697; Tarjetas genéticas : NPM1; OMA :NPM1 - ortólogos
Ortólogos
EspeciesHumanoRatón
Entre

4869

18148

Conjunto

ENSG00000181163

ENSMUSG00000057113

Protección unificada

P06748

Q61937

RefSeq (ARNm)

Número de serie 001252260
Número de serie 001252261 Número de
serie 008722

RefSeq (proteína)

NP_001239189
NP_001239190
NP_032748

Ubicación (UCSC)Crónica 5: 171.39 – 171.41 MbCrónicas 11:33.1 – 33.11 Mb
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La nucleofosmina (NPM), también conocida como fosfoproteína nucleolar B23 o numatrina , es una proteína que en los humanos está codificada por el gen NPM1 . [5] [6]

Gene

En los seres humanos, el gen NPM1 se encuentra en el brazo largo del cromosoma 5 (5q35). El gen abarca 23 kb y contiene 12 exones. Se han descrito tres variantes de transcripción. La isoforma más larga (294 aminoácidos de longitud), codificada por la variante de transcripción 1, es la principal y la más estudiada de la nucleofosmina. La variante de transcripción 2 se produce al omitir un exón en marco de lectura (exón 8) para producir una isoforma de 265 aminoácidos de longitud. Sin embargo, esta isoforma no está bien caracterizada y sus funciones y patrón de expresión no se comprenden bien. La variante de transcripción 3 se produce al utilizar un exón alternativo (exón 10) que da como resultado una isoforma de 259 aminoácidos de longitud con una secuencia C-terminal diferente. Las isoformas 1 y 3 de NPM1 humano son B23.1 y B23.2 respectivamente en la rata. [7] La ​​isoforma 1 se localiza en el nucléolo [8] como se informó para B23.1 de rata [9] [10] mientras que la isoforma 3 (B23.2) es nucleoplásmica o citoplasmática en localización y se expresa en niveles relativamente más bajos en comparación con la isoforma 1 en tejidos normales de rata [11] y en células HeLa. [8] Se ha demostrado que ambas isoformas 1 y 3 estimulan la replicación del ADN adenoviral complejado con proteínas básicas virales. [8]

Función

La NPM1 está asociada a las estructuras de ribonucleoproteínas nucleolares y se une a ácidos nucleicos monocatenarios y bicatenarios, pero se une preferentemente a los ácidos nucleicos formadores de G-quadruplex . Está involucrada en la biogénesis de los ribosomas y puede ayudar a las proteínas básicas pequeñas en su transporte al nucléolo . Su regulación a través de la SUMOilación (por SENP3 y SENP5) es otra faceta de la regulación de la proteína y las funciones celulares.

Se encuentra en el nucléolo , pero puede ser translocada al nucleoplasma en caso de privación de suero o tratamiento con fármacos anticancerígenos. La proteína fue identificada como una fosfoproteína. Sin embargo, posteriormente se identificaron otras modificaciones postraduccionales para NPM1, incluyendo acetilación y SUMOilación.

La nucleofosmina tiene múltiples funciones: [12]

  1. Chaperonas de histonas
  2. Biogénesis y transporte de ribosomas
  3. Estabilidad genómica y reparación del ADN
  4. Actividad de la endoribonucleasa
  5. Duplicación del centrosoma durante el ciclo celular
  6. Regulación de la vía supresora de tumores ARF-p53
  7. Actividad desestabilizadora de la hélice del ARN
  8. Inhibición de la DNasa activada por caspasa
  9. Previene la apoptosis cuando se encuentra en el nucléolo.

Chaperonas moleculares y de histonas

La NPM1 funciona como chaperona molecular para varias proteínas. Tanto el dominio central hidrofóbico N-terminal como los tramos ácidos son importantes para esta actividad. Además, se ha demostrado que la oligomerización de la NPM1 es necesaria para la máxima actividad de la chaperona. [13] Se ha predicho que la NPM1 desempeña un papel en la prevención de la agregación de proteínas en el nucléolo densamente empaquetado, especialmente durante la biogénesis de los ribosomas. La NPM1 muestra propiedades características de las chaperonas moleculares, como a) prevenir la agregación dependiente e independiente de la temperatura de las proteínas, b) preservar las actividades enzimáticas durante la desnaturalización térmica de varias proteínas diferentes, c) promover la renaturalización de proteínas previamente desnaturalizadas, d) unirse preferentemente a proteínas desnaturalizadas y exponer regiones hidrofóbicas durante la interacción con otras proteínas. La NPM1 puede unirse al ATP, [14] sin embargo, su función de chaperona no requiere hidrólisis de ATP ni la presencia de ATP. [15]

Se sabe que NPM1 se asocia con partículas preribosomales y otras proteínas nucleolares. Dado que las proteínas ribosómicas tienden a ser insolubles en condiciones fisiológicas, NPM1 presumiblemente se une a las proteínas ribosómicas en el nucléolo, evitando que se agreguen y promoviendo su ensamblaje en las subunidades ribosómicas. De manera similar, ciertas proteínas virales como HIV-1 Rev que son insolubles en condiciones fisiológicas, se unen a NPM1, lo que evita su agregación y permite su acumulación en el núcleo/nucleolo, promoviendo así el ensamblaje de partículas virales. Además, dado que NPM1 puede viajar entre el núcleo y el citoplasma [16] en virtud de su NES y NLS , podría ayudar en el plegamiento co-traduccional de proteínas cliente en el citoplasma y promover su entrada en el núcleo/nucleolo. [15]

NPM1 es una proteína altamente ácida y puede unirse a las histonas directamente debido a su naturaleza básica. La unión de NPM1 a las histonas se mantiene incluso a una concentración de sal de 0,5 M KCl, lo que sugiere una fuerte unión con la ayuda de interacciones electrostáticas. [17] Sin embargo, las interacciones electrostáticas por sí solas no son responsables de la unión a las histonas como lo sugiere la estructura cristalina central de NPM1. NPM1 se une directamente a las histonas centrales H2B, H3 y H4 y puede unirse a H2A solo en presencia del dímero H2A-H2B o el octámero de histona central. Puede ensamblar nucleosomas in vitro y puede descondensar la cromatina del esperma de manera similar a la nucleoplasmina . [18] [19] [17] Se ha sugerido que la actividad de chaperona de histona NPM1 está involucrada en el desmontaje de nucleosomas durante la transcripción, lo que resulta en la activación de la transcripción. [17] También se presume que funciona como una chaperona de histona en el nucléolo. [20] La disminución de NPM1 o la sobreexpresión de un mutante NPM1 que carece de actividad de chaperona de histonas conduce a una disminución en la transcripción de ADNr. [21] También puede unirse a la histona de enlace H1 y promover su ensamblaje o desensamblaje de la cromatina. [22]

Biogénesis de los ribosomas

NPM1 es una chaperona molecular. [15] También se observó que se asociaba con preribosomas, por lo que inicialmente se pensó que NPM1 era un factor de ensamblaje de ribosomas o una chaperona de ribosomas. [23] Otras propiedades características que sugieren el papel de NPM1 en la biogénesis de los ribosomas son la localización nucleolar, la capacidad de trasladarse entre el núcleo y el citoplasma, la capacidad de unirse al ácido nucleico y de transportar partículas preribosomales. [16] [24] [25] [26] [27] NPM1 también tiene una actividad de ribonucleasa intrínseca que escinde un sitio específico en el ITS2 (espaciador transcrito interno 2) del ARNr pre-5.8S. [28] [29] La eliminación de NPM1 conduce a cambios en los perfiles de los ribosomas. (Grisendi et al., 2005) La degradación de NPM1 inducida por ARF conduce a defectos en el procesamiento del ARN prerribosomal desde el ARNr precursor 32S hasta la especie de ARNr 28S (Itahana et al., 2003). Además, el bloqueo del transporte nucleocitoplasmático de NPM1 inhibe la exportación de subunidades ribosómicas, lo que resulta en una disminución en la tasa de crecimiento celular, lo que demuestra que NPM1 exporta prerribosomas (Maggi et al., 2008). Además, NPM1 interactúa con varias proteínas ribosómicas, incluidas RPL5 (Yu et al., 2006), RPS9 (Lindström y Zhang, 2008) y RPL23 (Wanzel et al., 2008). Se ha demostrado que el NPM3 se une al NPM1 y regula negativamente la biogénesis de los ribosomas, mientras que un mutante defectuoso de NPM3 en la unión a NPM1 no tuvo ningún efecto sobre la biogénesis de los ribosomas (Huang et al., 2001). Curiosamente, la isoforma 3 de NPM1 que no tiene un dominio de unión a ácidos nucleicos también inhibe la biogénesis de los ribosomas. Todos estos hallazgos sugieren un papel importante del NPM1 en la biogénesis de los ribosomas.

La mayoría de las células cancerosas tienen nucléolos agrandados y la sobreexpresión aberrante de NPM1 se ha correlacionado bien con el aumento de la biogénesis de ribosomas en células altamente proliferantes. Por lo tanto, NPM1 al controlar la biogénesis de ribosomas podría controlar la tasa proliferativa de las células. Los embriones de ratón knock out de NPM1 sobreviven hasta la mitad de la gestación (9,5 dpc-12,5 dpc) (Colombo et al., 2005; Grisendi et al., 2005), mientras que la eliminación de pescadillo, una proteína involucrada en la biogénesis de ribosomas, conduce a la muerte de los embriones en etapas de mórula (2,5 dpc) (Lerch-Gaggl et al., 2002). Esto sugiere que NPM1 puede no ser esencial para la biogénesis de los ribosomas, ya que otras proteínas podrían tener funciones superpuestas con NPM1, o podría haber otros factores como el almacenamiento de ribosomas en los ovocitos que podrían haber compensado la pérdida de NPM1 en embriones nulos para NPM1 (Grisendi et al., 2006).

Papel en la regulación transcripcional

Se ha demostrado que NPM1 es un coactivador importante de la transcripción impulsada por la ARN polimerasa II. La acetilación de NPM1 mejora esta actividad a través del aumento de la unión a histonas y la actividad de chaperona. [17] Curiosamente, la NPM1 acetilada (AcNPM1) es un grupo distinto localizado en el nucleoplasma en contraste con la localización nucleolar de la NPM1 no modificada y fosforilada. [30] El perfil de ocupación de AcNPM1 en todo el genoma mediante secuenciación ChIP revela que se localiza en el sitio de inicio de la transcripción de muchos promotores de genes y está co-ocupada con la ARN polimerasa II. [31]

Importancia clínica

El gen NPM1 está sobreexpresado, mutado y translocado cromosómicamente en muchos tipos de tumores. Se encontraron aberraciones cromosómicas que involucran a NPM1 en pacientes con linfoma no Hodgkin , leucemia promielocítica aguda , síndrome mielodisplásico y leucemia mielógena aguda . [32] Los ratones heterocigotos para NPM1 son vulnerables al desarrollo de tumores. En tumores sólidos, NPM1 se encuentra frecuentemente sobreexpresado, y se cree que NPM1 podría promover el crecimiento tumoral mediante la inactivación de la vía supresora tumoral p53/ARF; por el contrario, cuando se expresa en niveles bajos, NPM1 podría suprimir el crecimiento tumoral mediante la inhibición de la duplicación del centrosoma.

La participación de NPM es de gran importancia en la leucemia mieloide aguda [33] , donde se ha encontrado una proteína mutada que carece de un dominio C-terminal plegado (NPM1c+) en el citoplasma de los pacientes. Esta localización aberrante se ha relacionado con el desarrollo de la enfermedad y se asocia con mejores resultados clínicos. Las estrategias contra este subtipo de leucemia mieloide aguda incluyen el replegamiento del dominio C-terminal utilizando chaperonas farmacológicas y el desplazamiento de la proteína del nucléolo al nucleoplasma, que se ha relacionado con mecanismos apoptóticos. También se ha demostrado que en el contexto de la hematopoyesis clonal de significado indeterminado que alberga una mutación DNMT3A , las mutaciones posteriores de NPM1 impulsan la progresión a una neoplasia mieloproliferativa manifiesta [34] .

Además, NPM1 se sobreexpresa en muchos tumores sólidos, incluidos el cáncer gástrico, de colon, de mama, de ovario, de vejiga, oral, de tiroides, cerebral, hepático, de próstata y el mieloma múltiple. La sobreexpresión de NPM1 se correlaciona bien con las características clínicas del carcinoma hepatocelular, lo que sugiere que la sobreexpresión de NPM1 podría servir como un marcador de diagnóstico para el carcinoma hepatocelular. La sobreexpresión y la hiperacetilación de NPM1 progresan de acuerdo con el grado creciente del tumor en el CCE. [30] La sobreexpresión de NPM1 también se correlaciona bien con la recurrencia y la progresión del cáncer de vejiga a etapas avanzadas. La sobreexpresión de NPM1 se asocia con la independencia de estrógenos adquirida en células de cáncer de mama humano (Skaar et al., 1998). Además, NPM1 es un objetivo transcripcional directo del factor de transcripción oncogénico c-myc (Zeller et al., 2001). La capacidad de NPM1 para suprimir la apoptosis y promover la reparación del ADN podría ser responsable de la supervivencia de las células tumorales en las que se sobreexpresa NPM1. Todos estos estudios sugieren que la sobreexpresión de NPM1 promueve el desarrollo de tumores y, por lo tanto, podría funcionar como un protooncogén.

Descubrimiento

La NPM1 se descubrió por primera vez como una fosfoproteína nucleolar en células de hígado de rata y células ascíticas de hepatoma de Novikoff. [35] [36] Se la denominó B23 porque era el punto 23 en la sección B del gel 2-D donde los puntos se numeraban en orden decreciente de movilidad. Otro grupo la denominó numatrina de forma independiente porque se descubrió que estaba estrechamente asociada con la matriz nuclear y su expresión se inducía mediante señales mitogénicas en linfocitos B humanos. [37] [38] Casi al mismo tiempo, se descubrió la NO38 de Xenopus y se descubrió que era homóloga a la nucleoplasmina de Xenopus y a la B23 de rata. [39]

Estructura

La proteína NPM1 se puede dividir en varios dominios con motivos de secuencia que se conservan en toda la familia de nucleoplasminas y tienen funciones importantes y diferenciadas. El dominio central N-terminal, los tramos ácidos, el dominio básico y el dominio de ácido nucleico aromático conforman la proteína NPM1. Además, los motivos de secuencia como las señales de exportación nuclear (NES), las señales de localización nuclear (NLS) y las señales de localización nucleolar (NoLS) son fundamentales para la localización de NPM1 en el nucléolo, así como para su transporte nucleocitoplasmático necesario para su diversa gama de funciones.

El dominio N-terminal, también conocido como dominio central (residuos 1-119 de NPM1 humana), es el dominio más conservado entre las proteínas de la familia NPM. Este dominio se pliega en una estructura distintiva que es resistente a las proteasas y es responsable de la oligomerización y la actividad de chaperona de estas proteínas. Contiene varios residuos hidrófobos que están altamente conservados (~80%) entre las proteínas NPM. La estructura cristalina del dominio central de NPM1 (residuos 9-122) muestra que este dominio se pliega en un barril β de ocho cadenas con topología de rollo de gelatina que forma un núcleo hidrófobo en forma de cuña que se ajusta perfectamente para formar un pentámero a través de interacciones hidrófobas entre las subunidades monoméricas. Dos complejos pentaméricos se alinean cabeza con cabeza para formar la estructura decamérica. Una comparación entre la estructura cristalina de la proteína NPM1 humana y la de los dominios centrales de Xenopus NO38, Xenopus Nucleoplasmin y Drosophila Nucleoplasmin like protein (dNLP) muestra que tanto las estructuras monoméricas como las pentaméricas son muy similares entre todas las proteínas de la familia NPM. El dominio central de la proteína NPM1 humana (residuos 15-118) comparte una identidad de secuencia del 80%, 51% y 29% con los núcleos de Xenopus NO38, Nucleoplasmin y Drosophila NLP respectivamente. Todos ellos forman la misma estructura de barril β con topología de rollo de gelatina.

Se especuló que NPM1 era un hexámero en condiciones nativas, ya que se encontró que tenía un peso molecular de 230–255 kDa calculado por cromatografía de filtración en gel y análisis de sedimentación. Sin embargo, la estructura cristalina del núcleo de NPM1 muestra claramente que es un pentámero. La interfaz pentámero-pentámero consta de varias moléculas de agua involucradas en la unión de hidrógeno entre los dos pentámeros. Además, diez interacciones basadas en carga entre el Asp del bucle AKDE altamente conservado y Lys82 brindan estabilidad adicional. La comparación de las estructuras de dNLP y Nucleoplasmina ha revelado que la formación del decámero podría verse facilitada por la unión de histonas. El dímero H2A-H2B puede unirse a la superficie lateral del decámero NPM1. Además, la comparación de las estructuras cristalinas de NPM1 humana y Xenopus NO38 revela plasticidad estructural en la interfaz pentámero-pentámero. Cuando se superponen uno de los pentámeros de NPM1 humano y Xenopus NO38, se produce un gran desfase rotacional (~20°) entre los otros pentámeros. Además, la dirección de los desfases rotacionales es opuesta para NPM1 humano y Xenopus NO38 en comparación con la estructura central de la nucleoplasmina de Xenopus. No se comprende bien la importancia de esta plasticidad estructural, sin embargo, puede tener importancia en la función de chaperona de NPM1.

Interacciones

Se ha demostrado que NPM1 interactúa con

La nucleofosmina tiene múltiples socios de unión: [12]

  1. ARNr
  2. Péptido Rev y Rex del VIH
  3. Supresor de tumores p53
  4. Supresor de tumores ARF
  5. MDM2 (ratón doble minuto 2, ligasa de ubiquitina)
  6. Proteína ribosomal S9
  7. Fosfatidilinositol 3,4,5-trifosfato (PIP3)
  8. Exportina-1 (CRM1, mantenimiento de la región cromosómica)
  9. Nucleolina/C23
  10. Objetivo de transcripción del oncogén myc

Referencias

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