Proteína fosfatasa 1

PP1 juega un papel instrumental en el metabolismo del glucógeno a través de su responsabilidad de la interconversión entre la fosforilasa a y b.

La proteína fosfatasa 1 ( PP1 ) pertenece a una clase específica de fosfatasas conocidas como proteína serina/treonina fosfatasas . Este tipo de fosfatasa incluye las proteínas fosfatasas dependientes de metales (PPM) y las fosfatasas basadas en aspartato . Se ha descubierto que la PP1 es importante en el control del metabolismo del glucógeno , la contracción muscular , la progresión celular, las actividades neuronales, el empalme del ARN , la mitosis , [1] la división celular, la apoptosis , la síntesis de proteínas y la regulación de los receptores y canales de membrana. [2]

Estructura

Cada enzima PP1 contiene tanto una subunidad catalítica como al menos una subunidad reguladora . [3] [4] La subunidad catalítica consiste en una proteína de dominio único de 30 kD que puede formar complejos con otras subunidades reguladoras. La subunidad catalítica está altamente conservada entre todos los eucariotas , lo que sugiere un mecanismo catalítico común. La subunidad catalítica puede formar complejos con varias subunidades reguladoras. Estas subunidades reguladoras juegan un papel importante en la especificidad del sustrato, así como en la compartimentación . Algunas subunidades reguladoras comunes incluyen GM (PPP1R3A) y GL (PPP1R3B), que reciben su nombre de sus ubicaciones de acción dentro del cuerpo (músculo e hígado respectivamente), [5] Mientras que la levadura S. cerevisiae solo codifica una subunidad catalítica, los mamíferos tienen cuatro isoenzimas codificadas por tres genes, cada uno de los cuales atrae un conjunto diferente de subunidades reguladoras. [4] La regulación de estos diferentes procesos la realizan distintas holoenzimas PP1 que facilitan la complexación de la subunidad catalítica PP1 con varias subunidades reguladoras. [4] y PPP1R3G .

Se dispone de datos estructurales cristalográficos de rayos X para la subunidad catalítica PP1. [3] La subunidad catalítica de PP1 forma un pliegue α/β con un sándwich β central dispuesto entre dos dominios α-helicoidales. La interacción de las tres láminas β del sándwich β crea un canal para la actividad catalítica, ya que es el sitio de coordinación de iones metálicos. [6] Estos iones metálicos se han identificado como Mn y Fe y su coordinación la proporcionan tres histidinas, dos ácidos aspárticos y una asparagina. [7]

El mecanismo PP1 implica el uso de un ion dimetálico y agua activadora.

Mecanismo catalítico

El mecanismo implica que dos iones metálicos se unen y activan el agua, lo que inicia un ataque nucleofílico al átomo de fósforo. [8]

Inhibidores exógenos

Los inhibidores potenciales incluyen una variedad de toxinas naturales, incluido el ácido okadaico , un veneno diarreico para mariscos, un fuerte promotor de tumores y la microcistina . [9] La microcistina es una toxina hepática producida por algas verdeazuladas y contiene una estructura heptapeptídica cíclica que interactúa con tres regiones distintas de la superficie de la subunidad catalítica de PP1. [10] La estructura de MCLR no cambia cuando se combina con PP1, pero la subunidad catalítica de PP1 sí lo hace para evitar los efectos estéricos de Tyr 276 de PP1 y la cadena lateral Mdha de MCLR. [7]

El ácido cantarídico también es un inhibidor de PP1. [11]

Función biológica y regulación

La PP1 desempeña un papel crucial en la regulación de los niveles de glucosa en sangre en el hígado y el metabolismo del glucógeno. La PP1 es importante para la regulación recíproca del metabolismo del glucógeno al garantizar la regulación opuesta de la degradación del glucógeno y la síntesis de glucógeno. Un regulador clave de la PP1 es la glucógeno fosforilasa a , que actúa como sensor de glucosa en los hepatocitos . [12] Cuando los niveles de glucosa son bajos, la fosforilasa a en su estado R activo tiene a la PP1 unida firmemente. Esta unión a la fosforilasa a evita cualquier actividad fosfatasa de la PP1 y mantiene a la glucógeno fosforilasa en su configuración fosforilada activa. Por lo tanto, la fosforilasa a acelerará la degradación del glucógeno hasta que se alcancen niveles adecuados de glucosa. [12] Cuando las concentraciones de glucosa se vuelven demasiado altas, la fosforilasa a se convierte a su estado inactivo, T. Al cambiar la fosforilasa a a su estado T, la PP1 se disocia del complejo. Esta disociación activa la glucógeno sintasa y convierte la fosforilasa a en fosforilasa b . La fosforilasa b no se une a PP1, lo que permite que PP1 permanezca activada. [12]

Cuando los músculos del cuerpo señalan la necesidad de degradación del glucógeno y un aumento de la glucosa en sangre, la PP1 se regulará en consecuencia. La proteína quinasa A ( proteína quinasa dependiente de AMPc ) puede reducir la actividad de la PP1. La región de unión del glucógeno, GM, se fosforila, lo que provoca su disociación de la unidad catalítica PP1. [12] Esta separación de la unidad catalítica PP1, el glucógeno y otros sustratos provoca una disminución significativa de la desfosforilación. Además, cuando otros sustratos se fosforilan por la proteína quinasa A, pueden unirse a la subunidad catalítica de la PP1 e inhibirla directamente. [12] Al final, la glucógeno fosforilasa se mantiene en su forma activa y la glucógeno sintasa en su forma inactiva. Independientemente de la inhibición de la PP1, el glucagón también mantendrá activa la fosforilasa quinasa a través del AMPc , manteniendo así activa la glucógeno fosforilasa.

Cuando el nivel de azúcar en sangre es alto, las células beta del páncreas secretan insulina , lo que activa indirectamente la glucógeno sintasa y desencadena la síntesis de glucógeno. Aunque se sabe que la PP1 es una de las fosfatasas más importantes implicadas en la acción de la insulina desde finales de los años 1990, [13] los mecanismos precisos por los que la insulina regula la PP1 recién se han descubierto más recientemente.

Un estudio de 2019 realizado por investigadores de Tsinghua , Fudan y la Universidad de la Academia China de Ciencias demostró en experimentos de cultivo celular y en ratones con PPP1R3G-knockdown que Akt (proteína quinasa B) fosforila directamente la subunidad reguladora 3G de la proteína fosfatasa 1 (PPP1R3G) , que luego se une al complejo PP1, activando su actividad fosfatasa. El estudio demostró que la PPP1R3G fosforilada también pudo unirse a la glucógeno sintasa fosforilada (p-GS) de forma independiente y reclutar p-GS hacia PP1, lo que permitió que PP1 se desfosforilara y, por lo tanto, activara la glucógeno sintasa independientemente de GSK3 (que ya se sabe que está inhibida por Akt). [14]

Relevancia clínica

En la enfermedad de Alzheimer, la hiperfosforilación de la proteína asociada a los microtúbulos inhibe el ensamblaje de los microtúbulos en las neuronas. Los investigadores del Instituto de Investigación Básica sobre Discapacidades del Desarrollo del Estado de Nueva York demostraron que existe una actividad significativamente menor de la fosfatasa tipo 1 tanto en la materia gris como en la blanca en los cerebros con enfermedad de Alzheimer. [15] Esto sugiere que las fosfatasas disfuncionales desempeñan un papel en la enfermedad de Alzheimer.

Regulación de la transcripción del VIH -1 por la proteína fosfatasa 1 (PP1). Se ha reconocido que la proteína fosfatasa-1 (PP1) actúa como un importante regulador de la transcripción del VIH-1. Los investigadores de la Universidad Howard demostraron que la proteína Tat dirige la PP1 al núcleo y la consiguiente interacción es importante para la transcripción del VIH-1. [16] La proteína también contribuye a la patogénesis del virus del Ébola al desfosforilar el activador de la transcripción viral VP30, lo que le permite producir ARNm virales. La inhibición de la PP1 evita la desfosforilación de VP30, lo que impide la fabricación de ARNm viral y, por lo tanto, de proteína viral. Sin embargo, la polimerasa L viral todavía es capaz de replicar genomas virales sin la desfosforilación de VP30 por parte de la PP1. [17]

La proteína ICP34.5 del virus del herpes simple también activa la proteína fosfatasa 1, que supera la respuesta de estrés celular a la infección viral; la proteína quinasa R es activada por el ARN bicatenario del virus , y la proteína quinasa R luego fosforila una proteína llamada factor de iniciación eucariota-2A (eIF-2A), que inactiva el eIF-2A. El EIF-2A es necesario para la traducción , por lo que al apagar el eIF-2A, la célula evita que el virus secuestre su propia maquinaria de producción de proteínas. Los herpesvirus a su vez desarrollaron ICP34.5 para vencer la defensa; ICP34.5 activa la proteína fosfatasa-1A que desfosforila el eIF-2A, lo que permite que se produzca nuevamente la traducción. ICP34.5 comparte el dominio regulador C-terminal ( InterPro :  IPR019523 ) con la subunidad 15A/B de la proteína fosfatasa 1. [18]

Subunidades

proteína fosfatasa 1, subunidad catalítica, isoenzima alfa
Identificadores
SímboloPPP1CA
Símbolos alternativosPP1, PP1a, MGC15877, MGC1674, PP-1A, PP1alfa, PPP1A
Gen NCBI5499
HGNC9281
OMI176875
Secuencia de referenciaNP_002699.1
Protección unificadaP62136
Otros datos
Número CE3.1.3.16
LugarCrónica 11 q13
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EstructurasModelo suizo
DominiosInterprofesional
proteína fosfatasa 1, subunidad catalítica, isoenzima beta
Identificadores
SímboloPPP1CB
Símbolos alternativosPP1, PP1b, PP1beta, PP-1B; PPP1CD; MGC3672; PP1beta; PPP1CB
Gen NCBI5500
HGNC9282
OMI600590
Secuencia de referenciaNP_002700.1
Protección unificadaP62140
Otros datos
Número CE3.1.3.16
LugarCap. 2 pág. 23
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EstructurasModelo suizo
DominiosInterprofesional
proteína fosfatasa 1, subunidad catalítica, isoenzima gamma
Identificadores
SímboloPPP1CC
Símbolos alternativosPP1gamma, PP1y, PP1gamma, PPP1G
Gen NCBI5501
HGNC9283
OMI176914
Secuencia de referenciaNP_002701.1
Protección unificadaP36873
Otros datos
Número CE3.1.3.16
LugarCrónica 12 q24
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EstructurasModelo suizo
DominiosInterprofesional

La proteína fosfatasa 1 es una enzima multimérica que puede contener las siguientes subunidades: [19]

Como se describió anteriormente, una subunidad catalítica siempre está emparejada con una o más subunidades reguladoras. El motivo de secuencia central para la unión a la subunidad catalítica es "RVxF", pero motivos adicionales permiten el uso de sitios adicionales. En 2002 y 2007 se han descrito algunos complejos con dos subunidades reguladoras unidas. [4]

Referencias

  1. ^ Tournebize R, Andersen SS, Verde F, Dorée M, Karsenti E, Hyman AA (septiembre de 1997). "Roles distintos de las fosfatasas similares a PP1 y PP2A en el control de la dinámica de los microtúbulos durante la mitosis". The EMBO Journal . 16 (18): 5537–49. doi :10.1093/emboj/16.18.5537. PMC  1170186 . PMID  9312013.
  2. ^ Fong NM, Jensen TC, Shah AS, Parekh NN, Saltiel AR, Brady MJ (noviembre de 2000). "Identificación de sitios de unión en proteínas dirigidas al glucógeno para enzimas del metabolismo del glucógeno". The Journal of Biological Chemistry . 275 (45): 35034–9. doi : 10.1074/jbc.M005541200 . PMID  10938087.
  3. ^ ab Goldberg J, Huang HB, Kwon YG, Greengard P, Nairn AC, Kuriyan J (agosto de 1995). "Estructura tridimensional de la subunidad catalítica de la proteína serina/treonina fosfatasa-1". Nature . 376 (6543): 745–53. Bibcode :1995Natur.376..745G. doi :10.1038/376745a0. PMID  7651533. S2CID  4256743.
  4. ^ abcd Virshup DM, Shenolikar S (marzo de 2009). "De la promiscuidad a la precisión: las fosfatasas proteínicas se renuevan". Molecular Cell . 33 (5): 537–45. doi : 10.1016/j.molcel.2009.02.015 . PMID  19285938.
  5. ^ Armstrong CG, Browne GJ, Cohen P, Cohen PT (noviembre de 1997). "PPP1R6, un nuevo miembro de la familia de subunidades de la proteína fosfatasa 1 que se dirigen al glucógeno". FEBS Letters . 418 (1–2): 210–4. Bibcode :1997FEBSL.418..210A. doi :10.1016/S0014-5793(97)01385-9. PMID  9414128. S2CID  21169749.
  6. ^ Egloff MP, Johnson DF, Moorhead G, Cohen PT, Cohen P, Barford D (abril de 1997). "Base estructural para el reconocimiento de subunidades reguladoras por la subunidad catalítica de la proteína fosfatasa 1". The EMBO Journal . 16 (8): 1876–87. doi :10.1093/emboj/16.8.1876. PMC 1169791 . PMID  9155014. 
  7. ^ ab Barford D, Das AK, Egloff MP (1998). "La estructura y el mecanismo de las fosfatasas proteínicas: perspectivas sobre catálisis y regulación". Revisión anual de biofísica y estructura biomolecular . 27 : 133–64. doi :10.1146/annurev.biophys.27.1.133. PMID  9646865.
  8. ^ Zhang Y, Zhang M, Zhang Y (marzo de 2011). "Estructura cristalina de Ssu72, una fosfatasa eucariota esencial específica para el dominio C-terminal de la ARN polimerasa II, en complejo con un análogo del estado de transición". The Biochemical Journal . 434 (3): 435–44. doi :10.1042/BJ20101471. PMID  21204787.
  9. ^ Wera S, Hemmings BA (octubre de 1995). "Proteínas fosfatasas de serina/treonina". The Biochemical Journal . 311 (Pt 1) (1): 17–29. doi :10.1042/bj3110017. PMC 1136113 . PMID  7575450. 
  10. ^ MacKintosh C, Beattie KA, Klumpp S, Cohen P, Codd GA (mayo de 1990). "La microcistina-LR cianobacteriana es un inhibidor potente y específico de las fosfatasas proteínicas 1 y 2A de mamíferos y plantas superiores". FEBS Letters . 264 (2): 187–92. Bibcode :1990FEBSL.264..187M. doi : 10.1016/0014-5793(90)80245-E . PMID  2162782. S2CID  27643473.
  11. ^ "Ácido cantarídico | CAS 28874-45-5".
  12. ^ abcde Berg JM, Stryer L, Tymoczko JL (24 de diciembre de 2010). Bioquímica (7ª ed.). Nueva York: WH Freeman. ISBN 978-1-4292-2936-4.
  13. ^ Brady M, Saltiel A (1 de enero de 2001). "El papel de la proteína fosfatasa-1 en la acción de la insulina" (PDF) . Recent Prog Horm Res . 56 : 157–173. doi :10.1210/rp.56.1.157. PMID  11237211. Consultado el 15 de diciembre de 2023 .
  14. ^ Li Q, Zhao Q, Zhang J, Linkang L, Wenhao W, Chua B, Chen Y, Xu L, Li P (24 de septiembre de 2019). "El complejo de la proteína fosfatasa 1 es un objetivo directo de AKT que vincula la señalización de la insulina con la deposición de glucógeno hepático". Cell Reports . 28 (13): 3406–3422. doi : 10.1016/j.celrep.2019.08.066 . PMID  31553910.
  15. ^ Gong CX, Singh TJ, Grundke-Iqbal I, Iqbal K (septiembre de 1993). "Actividades de la fosfoproteína fosfatasa en el cerebro con enfermedad de Alzheimer". Journal of Neurochemistry . 61 (3): 921–7. doi :10.1111/j.1471-4159.1993.tb03603.x. PMID  8395566. S2CID  30225343.
  16. ^ Nekhai S, Jerebtsova M, Jackson A, Southerland W (enero de 2007). "Regulación de la transcripción del VIH-1 por la proteína fosfatasa 1". Current HIV Research . 5 (1): 3–9. doi :10.2174/157016207779316279. PMID  17266553. S2CID  12105058.
  17. ^ Ilinykh PA, Tigabu B, Ivanov A, Ammosova T, Obukhov Y, Garron T, Kumari N, Kovalskyy D, Platonov MO, Naumchik VS, Freiberg AN, Nekhai S, Bukreyev A (agosto de 2014). "Papel de la proteína fosfatasa 1 en la desfosforilación de la proteína VP30 del virus del Ébola y su orientación para la inhibición de la transcripción viral". La Revista de Química Biológica . 289 (33): 22723–38. doi : 10.1074/jbc.M114.575050 . PMC 4132779 . PMID  24936058. 
  18. ^ Agarwalla PK, Aghi MK (2012). "Ingeniería y preparación del virus del herpes simple oncolítico". Virus oncolíticos . Métodos en biología molecular. Vol. 797. págs. 1–19. doi :10.1007/978-1-61779-340-0_1. ISBN 978-1-61779-339-4. Número de identificación personal  21948465.
  19. ^ Cohen PT (enero de 2002). "Proteína fosfatasa 1: dirigida en muchas direcciones". Journal of Cell Science . 115 (Pt 2): 241–56. doi :10.1242/jcs.115.2.241. PMID  11839776.
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