Vía PI3K-AKT

Vía PI3K-AKT. En las secciones anteriores, presentamos RTK (Fase 1 y Fase 2) y la vía MAPK (Fase 3). Hoy presentamos otra vía importante aguas abajo de RTK y paralela a MAPK: la vía PI3K.

 

01 La composición y el método de activación de PI3K

Las 3-quinasas de fosfatidilinositido (PI3K) es una quinasa de fosfatidilinositol intracelular que tiene actividad quinasa de fosfatidilinositol así como actividad quinasa de serina / treonina (Ser / Thr). La PI3K se puede dividir en 3 categorías, de las cuales la más estudiada es la PI3K tipo I. Este tipo de PI3K es un heterodímero que consta de una subunidad reguladora p85 (codificada por el gen PIK3R1) y una subunidad catalítica p110 (codificada por el gen PIK3CA)). Hay cuatro tipos de subunidades catalíticas: α, β, δ y γ. Entre ellos, α, β y δ corresponden a las subunidades reguladoras p85α, p85β o p55; y γ corresponden a las subunidades reguladoras p101 y p84 / 87. La subunidad reguladora tiene el dominio SH2, que puede reconocer el dominio de quinasa intracelular (TK) de las RTK y desencadenar la activación de la subunidad catalítica p110.

Figura 1. Cómo activar PI3K

Hay 4 formas de activar PI3K. Como se muestra en la figura anterior, cuando el factor de crecimiento de la familia de la insulina activa las RTK correspondientes, p85 puede activarse indirectamente a través de la proteína adaptadora como IRS1 (a); Además, cuando se combinan otros factores de crecimiento familiar y RTK, p85 también se puede activar directamente. Reconocer el dominio TK (b); en forma de RAS-GTP, la proteína RAS que mencionamos en el número anterior también puede activar directamente la subunidad catalítica p110 de PI3K (c). Tanto Raf como PI3K pueden ser regulados por RAS, que es la razón principal por la que la vía MAPK y la vía PI3K se superponen; Además, la subunidad catalítica de PI3K de tipo γ también puede ser activada por algunos receptores acoplados a proteína G (d).

 

 

02 Función catalítica P13K

Figura 2. Reacción catalizada por PI3K

La activación de PI3K puede catalizar la fosforilación del 3-hidroxilo de PIP2 para generar PIP3, promoviendo así aún más las vías de aguas abajo; por el contrario, otra enzima en la célula, PTEN, puede catalizar el proceso inverso de esta reacción e inhibir las vías posteriores de PI3K.

Después de que se genera PIP3, puede actuar como un segundo mensajero, reclutando proteínas PDK1 y AKT a la membrana plasmática al mismo tiempo, de modo que PDK1 fosforila la treonina (T308) en la posición 308 de la proteína AKT, lo que lleva a la activación parcial de AKT. El AKT activado activará aún más las vías reguladoras posteriores.

 

 

03 Vía PI3k-AKT

Figura 3. PI3K-AKT y proteínas posteriores

AKT es un tipo de serina / treonina quinasa de la familia AGC, que contiene principalmente tres dominios: dominio PH (tiene afinidad por PIP3 y es esencial para unirse a la membrana celular), dominio catalítico y dominio regulador. Como protooncogén, AKT desempeña un papel clave en varios procesos celulares, como el metabolismo de la glucosa, la apoptosis celular, la proliferación celular, la transcripción y la migración celular; La desregulación de la vía de señalización de PI3K / AKT se observa en muchas enfermedades humanas, incluyendo cáncer y diabetes, enfermedades cardiovasculares y enfermedades neurológicas.

Hay muchos tipos de sustratos aguas abajo de AKT. En combinación con la figura anterior, resumiremos los principales sustratos:

1) TSC2

El complejo TSC (complejo de esclerosis tuberosa) contiene tres subunidades: TSC1, TSC2 y TBC1D7, que pueden regular negativamente la actividad del complejo mTORC1 y desempeñar un papel en la supresión tumoral. El principio principal de este efecto es: el dominio de la proteína activadora de GTPasa (GAP) contenido en TSC2 hidroliza la forma GTP de RHEB (una pequeña proteína G de la familia RAS) en la forma GDP de RHEB, lo que provoca que RHEB se inactive y no se pueda activar. la actividad quinasa de mTORC1, inhibiendo así el crecimiento celular. Cuando AKT induce la fosforilación de Ser 939 y Thr de 1462 de la proteína TSC2 (tuberina), la actividad se inhibe y en su lugar se activa la vía mTOR;

2) MALO

BAD (agonista de muerte celular relacionada con Bcl2) puede regular positivamente la apoptosis mitocondrial. Después de la fosforilación de esta proteína por AKT, se inhibe la actividad BAD;

3) MDM2

AKT puede activar la ubiquitina ligasa-MDM2 de p53 por fosforilación, inhibiendo así la detención del ciclo celular y la apoptosis causada por p53.

4) p21 y p27

Los inhibidores de CDK p21 y p27 son dos importantes reguladores del ciclo celular. Cuando se daña el ADN de las células normales, el P53 las induce para inhibir la replicación del ADN, mejorar la reparación del ADN y desempeñar un papel en la supresión del cáncer. La fosforilación de AKT puede inhibir la actividad de estos inhibidores de CDK.

5) GSK3β

GSK3β (glucógeno sintasa quinasa 3β) es una serina / treonina quinasa muy conservada en evolución. Está involucrado en el metabolismo del glucógeno y juega un papel importante en la vía Wnt. En circunstancias normales, GSK3β puede fosforilar la β-catenina y degradarla por el proteasoma. Después de que AKT fosforila GSK3β, GSK3β se inactiva y la β-catenina no puede fosforilarse nuevamente, lo que hace que la β-catenina se acumule en el citoplasma y entre en el núcleo. Y activar genes relacionados con la división celular y la regulación del crecimiento (como c-myc y Cyclin D1, etc.).

6) IKK (quinasa IκB)

IKK (IκB quinasa) se activa por fosforilación de AKT. La fosforilación adicional de IKK inhibe el factor de transcripción IκB, que puede inhibir la vía NF-kβ (preste atención a la oración…). El resultado final es: AKT regula positivamente la vía NF-kβ, por lo que tiene un impacto en la supervivencia celular, proliferación, invasión, angiogénesis y resistencia a la quimioterapia.

7) WEE1

CDK1 inhibe la quinasa-WEE1 puede inhibirse por fosforilación, que tiene un efecto sobre la mitosis.

8) PREGUNTE1

ASK1 (quinasa 1 regulada por señales apoptóticas) es una MAPKKK que puede activar la vía de señalización JNK (un tipo de vía MAPK, ver la segunda fase para más detalles), y está relacionada con la inducción de apoptosis, proapoptosis y estrés del retículo endotelial (ERS ) Después de que AKT fosforila ASK1, se inhibe su actividad.

9) FOXO

FOXO es un factor de transcripción inductor de apoptosis. La fosforilación de FOXO por AKT hace que se reubique en la célula y pierda su actividad transcripcional.

En resumen, podemos ver que los efectos producidos por AKT eventualmente conducen a la proliferación celular y evitan la apoptosis.

 

 

04 Vía PI3K-AKT-mTOR y complejo TORC

Como hemos dicho antes, AKT puede conducir indirectamente a la mejora de la activación de mTOR por RHEB al inhibir TSC2. El nombre completo de mTOR se denomina diana de rapamicina en mamíferos (mTOR). mTOR es un tipo de serina / treonina quinasa, el extremo C es homólogo al dominio catalítico de la fosfatidilinositol quinasa (PI3K), pero no tiene la actividad de la esterasa quinasa, pero tiene actividad de la proteína quinasa Ser / Thr. mTOR puede formar dos complejos: TORC1 y TORC2.

Figura 4. Vía PI3K-AKT-mTOR

Además de ser activado por AKT, mTOR también puede activarse o inhibirse de acuerdo con la energía y nutrición del entorno celular. Como se muestra en la figura anterior, cuando la energía es insuficiente (aumenta la relación AMP / ATP) y la hipoxia, se potencia la formación de complejos TSC2 y TSC1 y se inhibe la formación de complejos mTOR. Cuando hay un exceso de aminoácidos lisosomales, la H + -vATPasa puede activar Ragulator, un complejo proteico con factores de intercambio de nucleótidos de guanina (GEF), promoviendo así la formación de TORC1.

Figura 5. TORC1 y TORC2

Como se mencionó anteriormente, mTOR tiene dos complejos: mTORC1 y mTORC2. mTORC1 se compone de mTOR, proteínas relacionadas con la regulación de mTOR Raptor, MLST8 y componentes secundarios PRAS40 y DEPTOR. mTORC2 se compone de mTOR, RICTOR, MLST8 y mSIN1. La principal diferencia entre los dos complejos es: si la proteína de unión es Raptor o Rictor y si la proteína relacionada es PRAS40 o mSIN1. Entre ellos, la diferencia del primero determina principalmente que TORC1 es sensible a la rapamicina, mientras que TORC2 es insensible a la rapamicina; la diferencia de este último es que: PRAS40 es el sustrato de AKT y mSIN1 es el sustrato de MAPK.

Desde un punto de vista funcional, TORC2 tiene una función relativamente simple. Puede fosforilar AKT para generar retroalimentación positiva sobre mTOR y promover una mayor activación de mTOR (haciéndose eco de la activación parcial de PDK1 en la sección anterior). TORC1 es diferente. Puede continuar fosforilando una variedad de sustratos posteriores y regular procesos biológicos como la supervivencia celular, la proliferación, la síntesis de proteínas, la producción de lípidos, la angiogénesis y la autofagia.

 

05 Sustratos y efectos posteriores de TORC1

Figura 6. Sustratos y efectos aguas abajo de TORC1

TORC1 y síntesis de proteínas

El factor de iniciación eucariota 4E (eIF4E) es una proteína de unión a la tapa que puede reconocer específicamente la estructura de la tapa en el extremo 5 'del ARNm y desempeñar un papel importante en el inicio de la traducción eucariota. Cuando la proteína represora 4EBP1 está fosforilada, no se puede liberar eIF4E para reclutar ribosomas para activar el proceso de traducción. mTOR alivia su efecto inhibidor sobre EIF4E mediante la fosforilación de 4EBP1, lo que promueve la traducción y la síntesis de proteínas.

TORC1 también puede fosforilar y activar la quinasa ribosómica S6 de la familia AGC aguas abajo (S6K1). S6K1 puede fosforilar y activar la proteína ribosómica S6 (RPS6), PDK1 (proteína agonista aguas arriba de AKT), MDM2 (inhibidor de p53), regulador de transcripción EEF2, proteína adaptadora IRS, etc., la fosforilación inhibe la proteína proapoptótica BAD. El efecto final es: evitar la apoptosis celular y favorecer la síntesis de proteínas.

TORC1 y síntesis de lípidos

Además de promover la síntesis de proteínas, TORC1 también puede fosforilar y activar STAT3 (transductor de señal y activador de la transcripción 3) para promover la proliferación celular; activan SREBP (proteínas de unión a elementos reguladores de esterol) y PPARα y γ (receptor de activación del proliferador de peroxisoma)) promueven la síntesis de lípidos.

TORC1 y angiogénesis

TORC1 puede promover la angiogénesis activando HIF1α, y HIF1α también puede activar indirectamente TSC2, regulando así negativamente TORC.

TORC1 y autofagia

TORC1 inhibe el sustrato posterior ULK1 y otras proteínas relacionadas con la autofagia a través de la fosforilación e inhibe el proceso de autofagia.

En resumen, TORC1 activa / inhibe una serie de sustratos a través de la fosforilación, aumenta directa / indirectamente la síntesis de proteínas y lípidos, promueve la proliferación celular y provoca el crecimiento de células y tejidos.

 

 

06 PI3K-AKT-mTOR y tumor

Por lo anterior, sabemos que la vía PI3K puede evitar la apoptosis celular y promover su supervivencia y proliferación de diversas formas. La vía de señalización PI3K / AKT está ampliamente activada en la tumorigénesis, especialmente PIK3CA, PIK3R1, PTEN, AKT y otros genes tienen mutaciones de alta frecuencia (incluidas las mutaciones del gen PIK3CA en aproximadamente el 36% de los cánceres de mama), que está relacionada con la tumorigénesis, el desarrollo y La resistencia está estrechamente relacionada.

En la actualidad, las principales mutaciones implicadas en esta vía son:

1) mutación PIK3CA

PIK3CA es un gen que codifica la subunidad P110 de la proteína PI3K en tumores y tiene una alta tasa de mutación. En muchos cánceres, como el de próstata y el de mama, más del 10% de los casos tienen mutaciones en PIK3CA. Entre ellos, las mutaciones activadoras representan más del 80%. La mutación del punto de activación permite que la proteína PI3K permanezca activada sin depender de señales ascendentes. La mutación PIK3CA se considera una de las posibles causas de resistencia a la terapia con EGFR-TKI.

2) mutación PTEN

Como mencionamos anteriormente, el gen supresor de tumores PTEN puede producir el efecto opuesto de PI3K, por lo que sus mutaciones también conducen al desarrollo de cáncer. En el cáncer de endometrio, el cáncer de cerebro, el cáncer de piel y el cáncer de próstata, más del 10% de los casos tienen mutaciones en el gen PTEN.

3) mutación AKT

La familia de genes AKT incluye: AKT1, AKT2 y AKT3. Las formas más comunes de mutaciones de AKT en tumores son mutaciones puntuales de activación y aumento anormal en el número de copias de genes. En cáncer de mama, cáncer colorrectal, cáncer de ovario y cáncer de vejiga, hay una proporción bastante alta de casos.

Figura 7. Fármacos diseñados para la vía PI3K-AKT-mTOR

Como se muestra en la figura anterior, el desarrollo de fármacos actual para las dianas PI3K, AKT y mTORC tiene algunos avances.

 

 

 

(fuente: internet, solo referencia)