Madres contra el homólogo decapentapléjico 3 - Mothers against decapentaplegic homolog 3
Madres contra el homólogo 3 decapentapléjico también conocido como miembro 3 de la familia SMAD o SMAD3 es una proteína que en humanos está codificada por el gen SMAD3 .
SMAD3 es un miembro de la familia de proteínas SMAD . Actúa como mediador de las señales iniciadas por la superfamilia de citocinas del factor de crecimiento transformante beta (TGF-β), que regulan la proliferación, diferenciación y muerte celular. Basado en su papel esencial en la vía de señalización de TGF beta , SMAD3 se ha relacionado con el crecimiento tumoral en el desarrollo del cáncer.
Gene
El gen SMAD3 humano se encuentra en el cromosoma 15 en la banda citogénica en 15q22.33. El gen está compuesto por 9 exones sobre 129,339 pares de bases . Es uno de varios homólogos humanos de un gen que se descubrió originalmente en la mosca de la fruta Drosophila melanogaster .
La expresión de SMAD3 se ha relacionado con la proteína quinasa activada por mitógenos ( vía MAPK / ERK ), en particular con la actividad de la proteína quinasa quinasa 1 activada por mitógenos (MEK1). Los estudios han demostrado que la inhibición de la actividad de MEK1 también inhibe la expresión de SMAD3 en las células epiteliales y en las células del músculo liso, dos tipos de células altamente sensibles al TGF-β1.
Proteína
SMAD3 es un polipéptido con un peso molecular de 48.080 Da . Pertenece a la familia de proteínas SMAD . SMAD3 es reclutado por SARA (SMAD Anchor for Receptor Activation) a la membrana, donde se encuentra el receptor TGF-β. Los receptores para TGF-β (incluidos nodales, activina, miostatina y otros miembros de la familia) son serina / treonina quinasas de membrana que fosforilan y activan preferentemente SMAD2 y SMAD3.
Una vez que SMAD3 se fosforila en el extremo C-terminal, se disocia de SARA y forma un complejo heterodimérico con SMAD4 , que es necesario para la regulación transcripcional de muchos genes diana. El complejo de dos SMAD3 (o de dos SMAD2) y un SMAD4 se une directamente al ADN a través de interacciones del dominio MH1. Estos complejos se reclutan en sitios a lo largo del genoma mediante factores de transcripción que definen el linaje celular (LDTF) que determinan la naturaleza dependiente del contexto de la acción del TGF-β. Los sitios de unión al ADN en los promotores y potenciadores se conocen como elementos de unión a SMAD (SBE). Estos sitios contienen las secuencias de consenso CAG (AC) | (CC) y GGC (GC) | (CG), estas últimas también conocidas como sitios 5GC. Los motivos 5GC están altamente representados como grupos de sitios, en regiones unidas a SMAD en todo el genoma. Estos grupos también pueden contener sitios CAG (AC) | (CC). El complejo SMAD3 / SMAD4 también se une a los elementos promotores del gen que responden a TPA, que tienen el motivo de secuencia TGAGTCAG.
Estructura
Dominio MH1
Las estructuras de rayos X del dominio SMAD3 MH1 unido al ADN de GTCT revelan rasgos característicos del pliegue. La estructura de MH1 consta de cuatro hélices y tres conjuntos de horquillas β antiparalelas, una de las cuales se utiliza para interactuar con el ADN. También reveló la presencia de un Zn 2+ unido , coordinado por los residuos His126, Cys64, Cys109 y Cys121. La principal región de unión al ADN del dominio MH1 comprende el bucle que sigue a la hebra β1 y la horquilla β2-β3. En el complejo con un miembro de los ADN de 5GC, el motivo GGCGC, la cara convexa de la horquilla de unión al ADN se sumerge en el surco cóncavo principal del ADN dúplex que contiene cinco pares de bases ( GG CGC / ' GCG CC'). Además, los tres residuos estrictamente conservados en todos los R-SMADS y en SMAD4 (Arg74 y Gln76 ubicados en β2 y Lys81 en β3 en SMAD3) participan en una red de enlaces de hidrógeno específicos con el dsDNA. También se han detectado varias moléculas de agua fuertemente unidas en la interfaz proteína-ADN que contribuyen a la estabilización de las interacciones. El complejo SMAD3 con el sitio GGCGC revela que la interfaz proteína-ADN es altamente complementaria y que una proteína MH1 cubre un sitio de unión al ADN de seis pares de bases.
Dominio MH2
El dominio MH2 media la interacción de R-SMADS con receptores TGF-β activados y con SMAD4 después de la fosforilación mediada por receptor del motivo Ser-X-Ser presente en R-SMADS. El dominio MH2 también es una plataforma de unión para anclajes citoplásmicos, cofactores de unión al ADN, modificadores de histonas, lectores de cromatina y factores de posicionamiento de nucleosomas. Se ha determinado la estructura del complejo de dominios SMAD3 y SMAD4 MH2. El pliegue MH2 está definido por dos conjuntos de hebras β antiparalelas (seis y cinco hebras respectivamente) dispuestas como un sándwich β flanqueado por un haz de triple hélice en un lado y por un conjunto de bucles grandes y una hélice en el otro.
Funciones e interacciones
Vía de señalización TGF-β / SMAD
SMAD3 funciona como un modulador transcripcional, uniendo el TRE (elemento sensible a TPA) en la región promotora de muchos genes que están regulados por TGF-β. SMAD3 y SMAD4 también pueden formar un complejo con c-Fos y c-jun en el sitio AP-1 / SMAD para regular la transcripción inducible por TGF-β. Los genes regulados por la señalización de TGFβ mediada por SMAD3 afectan la diferenciación, el crecimiento y la muerte. Se ha demostrado que la vía de señalización de TGF-β / SMAD tiene un papel crítico en la expresión de genes que controlan la diferenciación de células madre embrionarias. Algunos de los genes del desarrollo regulados por esta vía incluyen FGF1 , NGF y WNT11 , así como los genes asociados a células madre / progenitoras CD34 y CXCR4 . La actividad de esta vía como regulador de estados de células pluripotentes requiere el complejo de lectura de cromatina TRIM33 -SMAD2 / 3.
Represión inducida por TGF-β / SMAD3
Además de la actividad de TGF-β en la regulación positiva de genes, esta molécula de señalización también induce la represión de genes diana que contienen el elemento inhibidor de TGF-β (TIE). SMAD3 también juega un papel crítico en la represión de genes diana inducida por TGF-β, específicamente se requiere para la represión de c-myc . La represión transcripcional de c-myc depende de la unión directa de SMAD3 a un elemento de unión a SMAD represivo (RSBE), dentro de TIE del promotor c-myc. El c-myc TIE es un elemento compuesto, compuesto por un RSBE superpuesto y un sitio E2F consenso, que es capaz de unirse al menos a SMAD3, SMAD4, E2F4 y p107.
Significación clínica
Enfermedades
Sin embargo, se ha implicado una mayor actividad de SMAD3 en la patogénesis de la esclerodermia .
SMAD3 también es un regulador multifacético en la fisiología adiposa y la patogénesis de la obesidad y la diabetes tipo 2. Los ratones con inactivación de SMAD3 tienen adiposidad disminuida , con mejor tolerancia a la glucosa y sensibilidad a la insulina. A pesar de su actividad física reducida derivada de la atrofia muscular , estos ratones knockout para SMAD3 son resistentes a la obesidad inducida por una dieta alta en grasas. El ratón con inactivación de SMAD3 es un modelo animal legítimo del síndrome de aneurisma-osteoartritis (AOS) humano, también llamado síndrome de Loeys-Dietz (tipo 3) . La deficiencia de SMAD3 promueve aneurismas aórticos inflamatorios en ratones infundidos con angiotensina II a través de la activación de iNOS . El agotamiento de los macrófagos y la inhibición de la actividad de iNOS previenen los aneurismas aórticos relacionados con la mutación del gen SMAD3
Papel en el cáncer
El papel de SMAD3 en la regulación de genes importantes para el destino celular, como la diferenciación, el crecimiento y la muerte, implica que una alteración en su actividad o la represión de su actividad puede conducir a la formación o desarrollo de cáncer. Además, varios estudios han demostrado la función oncogénica / supresora de tumores bifuncional de la vía de señalización del TGF beta en la carcinogénesis.
Una forma en la que se reprime la función del activador transcripcional de SMAD3 es mediante la actividad de EVI-1. EVI-1 codifica una proteína con dedos de zinc que puede participar en la transformación leucémica de las células hematopoyéticas. El dominio de dedos de zinc de EVI-1 interactúa con SMAD3, suprimiendo así la actividad transcripcional de SMAD3. Se cree que EVI-1 puede promover el crecimiento y bloquear la diferenciación en algunos tipos de células reprimiendo la señalización de TGF-β y antagonizando los efectos inhibidores del crecimiento de TGF-β.
Próstata
La actividad de SMAD3 en el cáncer de próstata está relacionada con la regulación de la expresión de moléculas angiogénicas en la vascularización tumoral y el inhibidor del ciclo celular en el crecimiento tumoral. El crecimiento progresivo de los tumores primarios y las metástasis en el cáncer de próstata depende de un suministro de sangre adecuado proporcionado por la angiogénesis tumoral. Los estudios que analizaron los niveles de expresión de SMAD3 en líneas celulares de cáncer de próstata encontraron que las dos líneas celulares independientes de andrógenos y negativas para el receptor de andrógenos (PC-3MM2 y DU145) tienen altos niveles de expresión de SMAD3. El análisis de la relación entre SMAD3 y la regulación de moléculas angiogénicas sugiere que SMAD3 puede ser uno de los componentes clave como represor del cambio crítico de angiogénesis en el cáncer de próstata. El gen de transformación de tumores pituitarios 1 (PTTG1) también tiene un impacto en la señalización de TGFβ mediada por SMAD3. PTTG1 se ha asociado con varias células cancerosas, incluidas las células cancerosas de próstata. Los estudios demostraron que la sobreexpresión de PTTG1 induce una disminución en la expresión de SMAD3, promoviendo la proliferación de células de cáncer de próstata a través de la inhibición de SMAD3.
Colorrectal
En ratones, la mutación de SMAD3 se ha relacionado con el adenocarcinoma colorrectal, [3] aumento de la inflamación sistémica y aceleración de la cicatrización de heridas. [4] Los estudios han demostrado que las mutaciones en el gen SMAD3 promueven el cáncer colorrectal en ratones. La actividad alterada de SMAD3 se relacionó con la inflamación crónica y las mutaciones somáticas que contribuyen a la colitis crónica y al desarrollo de cáncer colorrectal. Los resultados generados en ratones ayudaron a identificar a SMAD3 como un posible jugador en el cáncer colorrectal humano. El impacto de SMAD3 también se ha analizado en líneas celulares humanas de cáncer colorrectal, utilizando análisis de microarrays de polimorfismo de nucleótido único (SNP). Los resultados mostraron reducciones en la actividad transcripcional de SMAD3 y la formación del complejo SMAD2-SMAD4, lo que subraya las funciones críticas de estas tres proteínas dentro de la vía de señalización de TGF-β y el impacto de esta vía en el desarrollo del cáncer colorrectal.
Seno
La respuesta de regulación transcripcional de SMAD3 inducida por TGF-β se ha asociado con la metástasis ósea del cáncer de mama por sus efectos sobre la angiogénesis tumoral y la transición epitelio-mesenquimatosa (EMT). Se han identificado diversas moléculas que actúan sobre la vía de señalización TGF-β / SMAD, afectando principalmente al complejo SMAD2 / 3, las cuales se han asociado con el desarrollo del cáncer de mama.
FOXM1 (forkhead box M1) es una molécula que se une con SMAD3 para mantener la activación del complejo SMAD3 / SMAD4 en el núcleo. La investigación sobre FOXM1 sugirió que evita que el factor intermedio transcripcional 1 γ de ubiquitina-proteína ligasa E3 (TIF1γ) se una a SMAD3 y monoubiquitinante SMAD4, que estabilizó el complejo SMAD3 / SMAD4. FOXM1 es un actor clave en la actividad del complejo SMAD3 / SMAD4, promoviendo la actividad transcripcional del modulador SMAD3, y también juega un papel importante en la renovación de la actividad del complejo SMAD3 / SMAD4. Basándose en la importancia de esta molécula, los estudios han encontrado que FOXM1 se sobreexpresa en tejidos de cáncer de mama humano altamente agresivos. Los resultados de estos estudios también encontraron que la interacción FOXM1 / SMAD3 era necesaria para la invasión del cáncer de mama inducida por TGF-β, que era el resultado de la regulación ascendente dependiente de SMAD3 / SMAD4 del factor de transcripción SLUG.
MED15 es una molécula mediadora que promueve la actividad de la señalización de TGF-β / SMAD. La deficiencia de esta molécula atenúa la actividad de la vía de señalización de TGF-β / SMAD sobre los genes necesarios para la inducción de la transición epitelio-mesenquimal. La acción de MED15 está relacionada con la fosforilación del complejo SMAD2 / 3. La caída de MED15 reduce la cantidad de SMAD3 fosforilado, reduciendo así su actividad como modulador de la transcripción. Sin embargo, en el cáncer, MED15 también se expresa en gran medida en tejidos clínicos de cáncer de mama correlacionados con la señalización hiperactiva de TGF-β, como lo indica la fosforilación de SMAD3. Los estudios sugieren que MED15 aumenta el potencial metastásico de una línea celular de cáncer de mama al aumentar la transición epitelial-mesenquimal inducida por TGF-β.
Riñón
La activación de Smad3 juega un papel en la patogenia de la fibrosis renal, probablemente al inducir la activación de fibroblastos derivados de la médula ósea.
Nomenclatura
Las proteínas SMAD son homólogas tanto de la proteína Drosophila " madres contra decapentapléjicas " (MAD) como de la proteína C. elegans SMA. El nombre es una combinación de los dos. Durante la investigación de Drosophila , se encontró que una mutación en el gen MAD en la madre reprimía el gen decapentapléjico en el embrión. La frase "Madres en contra" se inspiró en organizaciones formadas por madres para oponerse a problemas sociales, como Mothers Against Drunk Driving (MADD); y basado en una tradición de nombres tan inusuales dentro de la comunidad de investigación genética.
Está disponible un conjunto de referencia de SMAD3.
Referencias
Otras lecturas
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