Proteína asociada al citoesqueleto regulada por actividad - Activity-regulated cytoskeleton-associated protein
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La proteína asociada al citoesqueleto regulada por actividad es una proteína de plasticidad que en humanos está codificada por el gen ARC . Se caracterizó por primera vez en 1995. ARC es un miembro de la familia de genes inmediatos tempranos (IEG), una clase de genes que se activan rápidamente y se definen funcionalmente por su capacidad para transcribirse en presencia de inhibidores de la síntesis de proteínas . El ARNm de ARC se localiza en sitios sinápticos activados de una manera dependiente del receptor de NMDA , donde se cree que la proteína recién traducida juega un papel crítico en el aprendizaje y los procesos moleculares relacionados con la memoria. La proteína del arco se considera importante en neurobiología debido a su regulación de actividad, localización y utilidad como marcador de cambios plásticos en el cerebro. La disfunción en la producción de la proteína Arc se ha implicado como un factor importante en la comprensión de diversas afecciones neurológicas, incluida la amnesia , la enfermedad de Alzheimer , los trastornos del espectro autista y el síndrome de X frágil . Junto con otros IEGs tales como ZNF268 y HOMER1 , ARC es también una herramienta importante para los sistemas de neurociencia como se ilustra por el desarrollo de la c ellular compartimento un nálisis de t emporal actividad por f luorescence i n s del itu h ybridization , o la técnica de siluro (ver hibridación in situ fluorescente ).
Gene
El gen ARC , ubicado en el cromosoma 15 en el ratón , el cromosoma 7 en la rata y el cromosoma 8 en el humano , se conserva en todas las especies de vertebrados y tiene una baja homología de secuencia con la espectrina, una proteína citoesquelética involucrada en la formación de la corteza celular de actina . Se han identificado varias regiones promotoras y potenciadoras que median la transcripción de Arc dependiente de la actividad: un elemento de respuesta en suero (SRE; ver factor de respuesta en suero ) a ~ 1,5 kb corriente arriba del sitio de inicio. un segundo SRE a ~ 6,5 kb; y una secuencia de elemento de respuesta de actividad sináptica (SARE) a ~ 7 kb corriente arriba que contiene sitios de unión para la proteína de unión al elemento de respuesta de AMP cíclico (CREB), factor potenciador de miocitos 2 (MEF2) y SRF.
El 3 'UTR del ARNm contiene un elemento que actúa en cis requerido para la localización de Arc en dendritas neuronales, así como sitios para dos complejos de unión de exón (EJC) que hacen de Arc un objetivo natural para la desintegración mediada sin sentido (NMD). También es importante para la translocación del ARNm del arco citoplasmático a sinapsis activadas un sitio de unión de 11 nucleótidos para la ribonucleoproteína nuclear heterogénea A2 (hnRNP A2).
Se sospecha que el gen Arc se originó a partir de los retrotransposones Ty3 / gypsy y se reutilizó para mediar la comunicación neurona-neurona.
Proteína
Una vez transportada, la proteína traducida tiene 396 residuos de longitud, con un N-terminal ubicado en los aminoácidos 1-25, un C-terminal en 155-396 (tenga en cuenta que la homología de espectrina ubicada en 228-380 dentro del C-terminal) , y un dominio de espiral en espiral putativo en los aminoácidos 26-154. Además, la proteína tiene sitios de unión para endofilina 3 y dinamina 2 en los aminoácidos 89-100 y 195-214, respectivamente. Mientras que el ARNm de Arc está sujeto a degradación por NMD, la proteína traducida contiene una secuencia PEST en los aminoácidos 351-392, lo que indica una degradación dependiente del proteasoma . La proteína traducida se puede visualizar con una inmunotransferencia como una banda a 55 kDa. La proteína ARC puede formar cápsides similares a virus que empaquetan ARNm y pueden transitar entre células.
Tráfico
Después de la transcripción, el ARNm de Arc se transporta fuera del núcleo y se localiza en las dendritas neuronales y las sinapsis activadas, un proceso que depende de la 3 'UTR, la polimerización de la actina y la fosforilación de ERK . El ARNm (y la proteína agregada) se transporta a lo largo de los microtúbulos que irradian desde el núcleo por la kinesina (específicamente KIF5) y probablemente se transloca en espinas dendríticas por la proteína motora basada en actina miosina -Va. Se ha demostrado que Arc está asociado con polirribosomas en sitios sinápticos y se traduce en fracciones sinaptoneurosómicas aisladas in vitro, lo que indica que es probable que la proteína se traduzca localmente in vivo .
La proteína Arc localizada sinápticamente interactúa con dinamina y endofilina, proteínas involucradas en la endocitosis mediada por clatrina , y facilita la eliminación de los receptores AMPA de la membrana plasmática. De acuerdo con esto, el aumento de los niveles de Arc reduce las corrientes AMPA, mientras que los Arc KO muestran aumentos en la expresión de AMPA de superficie.
Knockouts
El arco es fundamental como factor de señalización ubicuo en el desarrollo embrionario temprano y es necesario para el crecimiento y la creación de patrones durante la gastrulación . Los primeros nocauts (KO) para Arc fueron, por lo tanto, incompatibles con la vida. Esfuerzos posteriores produjeron ratones knockout homocigotos dirigidos a todo el gen Arc en lugar de partes de la región codificante, eliminando los efectos negativos dominantes . Estos animales demostraron ser viables y no exhiben grandes malformaciones en la arquitectura neuronal, pero expresan niveles más altos de la subunidad GluR1 y mayores corrientes postsinápticas excitadoras en miniatura (mEPSC) además de mostrar deficiencias en la memoria a largo plazo .
Señalización
El transcrito de Arc depende de la activación de la proteína quinasa activada por mitógenos o la cascada de MAP quinasa (MAPK), una vía importante para la regulación del crecimiento y la supervivencia celular. La señalización extracelular a las dendritas neuronales activa los sitios postsinápticos para aumentar los niveles de Arc a través de una amplia variedad de moléculas de señalización, incluidos mitógenos como el factor de crecimiento epidérmico (EGF), el factor de crecimiento nervioso (NGF) y el factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF), que actúa como glutamato. en los receptores NMDA, dopamina a través de la activación del subtipo de receptor D1 y dihidroxifenilglicina (DHPG). El factor común para estas moléculas de señalización implica la activación de AMP cíclico y su proteína quinasa A (PKA) diana aguas abajo . Como tal, la activación farmacológica directa de AMPc por forskolina o 8-Br-AMPc aumenta fuertemente los niveles de Arc mientras que H89, un antagonista de PKA, bloquea estos efectos al igual que el bloqueo posterior de la proteína quinasa quinasa activada por mitógenos (MEK). Tenga en cuenta que la cascada de MAPK es una vía de señalización que involucra a múltiples quinasas que actúan secuencialmente [MAPKKK -> MAPKK -> MAPK].
MAPK es capaz de ingresar al núcleo y realizar su actividad fosfotransferasa en varios componentes reguladores de genes que tienen implicaciones para la regulación de genes tempranos inmediatos. Se sabe que varios factores de transcripción están involucrados en la regulación del gen Arc (ver arriba), incluido el factor de respuesta sérica (SRF), CREB , MEF2 y zif268 .
Efectos conductuales
Los cambios en el ARNm y / o la proteína de Arc se correlacionan con una serie de cambios de comportamiento que incluyen el condicionamiento de miedo con señales , el condicionamiento de miedo contextual, la memoria espacial, el condicionamiento operante y la evitación inhibitoria. El ARNm se regula notablemente al alza después de la estimulación eléctrica en los procedimientos de inducción de LTP , como la estimulación de alta frecuencia (HFS), y se induce de forma masiva y global mediante un choque electroconvulsivo máximo (MECS).
Arco en insectos
Mientras tanto, se ha descubierto que Arc puede haber sido adquirido por animales más de una vez. Si bien Arc parece estar estrechamente relacionado entre todos los tetrápodos , el que se ha encontrado en moscas de la fruta ( Drosophila melanogaster ), gusanos de seda ( Bombyx mori ) y hormigas argentinas ( Linepithema humile ) puede haber sido transferido a un ancestro común de estos insectos por otro evento.
Referencias
enlaces externos
- Ubicación del genoma ARC humano y página de detalles del gen ARC en UCSC Genome Browser .