Proteína fosfatasa 1 - Protein phosphatase 1

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

La proteína fosfatasa 1 ( PP1 ) pertenece a una cierta clase de fosfatasas conocidas como proteína serina / treonina fosfatasas . Este tipo de fosfatasa incluye proteínas fosfatasas dependientes de metales (PPM) y 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 de ARN , la mitosis , la división celular, la apoptosis , la síntesis de proteínas y la regulación de los receptores y canales de membrana.

Estructura

Cada enzima PP1 contiene una subunidad catalítica y al menos una subunidad reguladora . La subunidad catalítica consta de 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 el nombre de sus ubicaciones de acción dentro del cuerpo (músculo e hígado, respectivamente). 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.

Los datos estructurales cristalográficos de rayos X están disponibles para la subunidad catalítica PP1. La subunidad catalítica de PP1 forma un pliegue α / β con un sándwich β central dispuesto entre dos dominios helicoidales α. 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 los iones metálicos. Estos iones metálicos se han identificado como Mn y Fe y su coordinación la proporcionan tres histidinas, dos ácidos aspárticos y una asparagina.

El mecanismo PP1 implica el uso de un ion di-metálico y agua de activación.

Mecanismo

El mecanismo involucra dos iones metálicos que se unen y activan el agua, lo que inicia un ataque nucleofílico en el átomo de fósforo.

Regulación

La regulación de estos diferentes procesos se realiza mediante distintas holoenzimas de PP1 que facilitan la complejación de la subunidad catalítica de PP1 con varias subunidades reguladoras.

Los inhibidores potenciales incluyen una variedad de toxinas naturales que incluyen ácido okadaico , un veneno diarreico para mariscos, un fuerte promotor de tumores y microcistina . La microcistina es una toxina hepática producida por algas verdiazules y contiene una estructura cíclica de heptapéptidos que interactúa con tres regiones distintas de la superficie de la subunidad catalítica de PP1. La estructura de MCLR no cambia cuando forma un complejo 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.

El ácido cantarídico también es un inhibidor de PP1.

Función biológica

PP1 juega un papel crucial en la regulación de los niveles de glucosa en sangre en el hígado y el metabolismo del glucógeno. PP1 es importante para la regulación recíproca del metabolismo del glucógeno al garantizar la regulación opuesta de la degradación y síntesis del glucógeno. La fosforilasa a sirve como sensor de glucosa en las células del hígado. Cuando los niveles de glucosa son bajos, la fosforilasa a en su estado R activo tiene PP1 unido fuertemente. Esta unión a la fosforilasa a evita cualquier actividad fosfatasa de PP1 y mantiene la glucógeno fosforilasa en su configuración fosforilada activa. Por lo tanto, la fosforilasa a acelerará la descomposición del glucógeno hasta que se alcancen los niveles adecuados de glucosa. Cuando las concentraciones de glucosa aumentan demasiado, la fosforilasa a se convierte en su estado T inactivo. Al cambiar la fosforilasa a a su estado T, PP1 se disocia del complejo. Esta disociación se activa la glucógeno sintasa y convierte fosforilasa una a la fosforilasa b . La fosforilasa b no se une a PP1, lo que permite que PP1 permanezca activada.

Cuando los músculos del cuerpo señalan la necesidad de degradación del glucógeno y aumento de la concentración de glucosa, la PP1 se regulará en consecuencia. La proteína quinasa A puede reducir la actividad de PP1. La región de unión de glucógeno, GM, se fosforila, lo que provoca su disociación de la unidad catalítica PP1. 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 PP1 e inhibirla directamente. Al final, la fosforilasa se mantiene en su forma activa y la glucógeno sintasa en su forma inactiva.

Relevancia de la enfermedad

En el Alzheimer, la hiperfosforilación de la proteína asociada a los microtúbulos inhibe el ensamblaje de los microtúbulos en las neuronas. Los investigadores del Instituto del Estado de Nueva York para la Investigación Básica en Discapacidades del Desarrollo demostraron que hay una actividad de la fosfatasa tipo 1 significativamente más baja en las materias gris y blanca en los cerebros de la enfermedad de Alzheimer. Esto sugiere que las fosfatasas disfuncionales juegan 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) sirve como un importante regulador de la transcripción del VIH-1. Investigadores de la Universidad de Howard demostraron que la proteína Tat se dirige a PP1 al núcleo y la consiguiente interacción es importante para la transcripción del VIH-1. La proteína también contribuye a la patogénesis del ébolavirus al desfosforilar el activador de la transcripción viral VP30, lo que le permite producir ARNm virales. La inhibición de PP1 evita la desfosforilación de VP30, evitando así la fabricación de ARNm viral y, por tanto, de proteína viral. Sin embargo, la L polimerasa viral es todavía capaz de replicar genomas virales sin desfosforilación de VP30 por PP1.

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 fosforila una proteína llamada factor de iniciación eucariota-2A (eIF-2A), que inactiva eIF-2A. Se requiere EIF-2A para la traducción, por lo que al apagar eIF-2A, la célula evita que el virus se apropie de su propia maquinaria de producción de proteínas. Los herpesvirus, a su vez, desarrollaron ICP34.5 para derrotar a la defensa; ICP34.5 activa la proteína fosfatasa-1A que desfosforila eIF-2A, lo que permite que la traducción vuelva a ocurrir. ICP34.5 comparte el dominio regulador C-terminal ( InterProIPR019523 ) con la subunidad 15A / B de la proteína fosfatasa 1.

Subunidades

proteína fosfatasa 1, subunidad catalítica, alfa isoenzima
Identificadores
Símbolo PPP1CA
Alt. simbolos PP1, PP1a, MGC15877, MGC1674, PP-1A, PP1alpha, PPP1A
Gen NCBI 5499
HGNC 9281
OMIM 176875
RefSeq NP_002699.1
UniProt P62136
Otros datos
Número CE 3.1.3.16
Lugar Chr. 11 q13
proteína fosfatasa 1, subunidad catalítica, isoenzima beta
Identificadores
Símbolo PPP1CB
Alt. simbolos PP1, PP1b, PP1beta, PP-1B; PPP1CD; MGC3672; PP1beta; PPP1CB
Gen NCBI 5500
HGNC 9282
OMIM 600590
RefSeq NP_002700.1
UniProt P62140
Otros datos
Número CE 3.1.3.16
Lugar Chr. 2 p23
proteína fosfatasa 1, subunidad catalítica, isoenzima gamma
Identificadores
Símbolo PPP1CC
Alt. simbolos PP1gamma, PP1y, PP1gamma, PPP1G
Gen NCBI 5501
HGNC 9283
OMIM 176914
RefSeq NP_002701.1
UniProt P36873
Otros datos
Número CE 3.1.3.16
Lugar Chr. 12 q24

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

Como se describió anteriormente, una subunidad catalítica siempre se empareja con una o más subunidades reguladoras. El motivo de la secuencia central para la unión a la subunidad catalítica es "RVxF", pero los motivos adicionales permiten utilizar sitios adicionales. En 2002 y 2007 se informó de algunos complejos con dos subunidades reguladoras adjuntas.

Referencias

enlaces externos