Tirosina quinase

Tirosina quinase
pdb 2HCK, en PyMOL
Identificadores
Símbolo	Pkinase_Tyr
Pfam	PF07714
InterPro	IPR001245
SMART	TyrKc
PROSITE	PDOC00629
SCOPe	1apm / SUPFAM
OPM superfamily	207
OPM protein	2k1k
CDD	cd00192
Estruturas proteicas dispoñibles: Pfam   estruturas / ECOD   PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBsum resumo de estruturas

Unha tirosina quinase ou tirosín quinase é un encima transferase que pode transferir un grupo fosfato do ATP ácadea lateral dun residuo de tirosina dunha proteína da célula, o que ten como resultado un cambio conformacional que afecta á función da proteína. Funciona como un interruptor de encendido e apagado en moitas funcións celulares.

Como estes encimas unen un grupo fosfato a un c-src residuo do aminoácido tirosina da proteína, son encimas quinases e concretamente un subgrupo da gran clase das proteína quinases. Outras proteína quinases poden unir grupos fosfato a outros residuos de aminoácidos como a serina ou treonina (véxase serina/treonina proteína quinases).^[1] A fosforilación de proteínas polas quinases é un importante mecanismo para comunicar sinais ao interior dunha célula (transdución de sinais), regulando as actividades celulares, como a división celular.

As proteína quinases poden sufrir mutacións, quedaren fixas na posición de "encendido", e causar o crecemento non regulado da célula, que é un paso necesario para o desenvolvemento do cancro. Por tanto, os inhibidores da quinase, como o imatinib, poden ser efectivos nos tratamentos do cancro.

A maioría das tirosina quinases teñen unha proteín-tirosina fosfatase asociada, que elimina o grupo fosfato.

Función

As quinases son unha gran familia de encimas responsables da catálise da transferencia dun grupo fosforilo desde un nucleósido trifosfato doante, como o ATP, a unha molécula aceptora.^[2] As tirosina quinases catalizan a fosforilación de residuos de tirosina en proteínas.^[2] A fosforilación de residuos de tirosinas á súa vez causa un cambio no funcionamento dunha proteína que a contiña.^[2]

A fosforilación en residuos de tirosina controla moitas propiedades das proteínas como a actividade encimática, localización subcelular, e interacción entre moléculas.^[3] Ademais, as tirosina quinases funcionan en moitas fervenzas de transdución de sinais nas que os sinais extracelulres son transmitidos a través da membrana plasmática ao citoplasma e a miúdo ao núcleo, onde se pode modificar a expresión xénica.^[3] Finalmente as mutacións poden causar que algunhas tirosina quinases queden activadas de forma constitutiva, un estado funcional sen parada que pode contribuír á iniciaicón ou á progresión do cancro.

As receptor tirosina quinases funcionan na sinalización transmembrana, mentres que as tirosina quinases de dentro da célula funcionan na transdución de sinais ao núcleo.^[4] A actividade de tirosina quinase no núcleo implica o control do ciclo celular e de propiedades de factores de transcrición.^[3] Dese modo, a actividade de tirosina quinase está implicada na mitoxénese, ou a indución da mitose nunha célula; certas proteínas do citosol e do núcleo son fosforiladas en residuos de tirosina durante este proceso.^[3] O crecemento e reprodución celular pode depender en certo grao das tirosina quinases. A función da tirosina quinase foi observada na matriz nuclear, entre a envoltura nuclear e unha “rede fibrosa” que serve para estabiliar fisicamente o ADN.^[3] Concretamente, a Lyn, un tipo de quinase na familia da Src que foi identificada na matriz nuclear, parece controlar o ciclo celular. As funcións ou expresións da familia Src de tirosina quinases varían significativamente segundo o tipo celular, así como durante o crecemento e diferenciación celular.^[3] As familias Lyn e Src de tirosina quinases en xeral funcionan nas vías de transdución de sinais.^[3] Hai probas de que Lyn está localizada na membrana plasmática; Lyn está asociada tanto física coma funcionalmente con diversas moléculas receptoras.^[3]

Os fibroblastos son un tipo de célula que sintetiza a matriz extracelular e o coláxeno e interveñen na curación de feridas, pero cando son transformadas polo poliomavirus posúen unha maior actividade de tirosina na matriz celular. Ademais, determinouse que a actividade de tirosina quinase está correlacionada coa transformación celular.^[3]

A transmisión da forza mecánica e sinais reguladores son fundamentais na supervivencia normal dos organismos vivos. A proteína quinase tamén intervén nesta tarefa. Unha proteína quinase chamada pp125 inflúe nas adhesións focais celulares, como indica a súa localización inmunofluorescente. As adhesións focais son estruturas macromoleculares que funcionan na transmisión de forza mecánica e sinais reguladores.^[5] Na comunidade científica a proteína quinase pp125 tamén se denomina FAK (quinase de adhesión focal nas súas siglas en inglés), debido á súa mencionada presenza nas adhesións focais celulares. A pp125 é unha das principais proteínas que conteñen fosfotirosina en células de fibroblastos non afectadas (non transformadas) de aves e roedores.^[5] A secuencia e estrutura de pp125, cando se compara nas bases de datos da National Biomedical Research Foundation e GenBank,^[5] ten características bastante únicas (cun 70% de secuencia única), o que significa que podería ser un novo membro da familia das proteín-tirosina quinases.^[5] Ademais, a secuencia de aminoácidos que se observou indirectamente indica que está asociada co citoplasma, o que a converte en membro dun gran grupo de proteín-tirosina quinases citoplásmicas.^[5] Anticorpos monoclonais, de células de embrión de polo transformadas por pp60v-src recoñecen sete proteínas diferentes que conteñen fosfotirosina.^[5] Un destes anticorpos monoclonais, chamado 2A7, recoñece pp125, o que apoia a idea de que pp125 é, de feito, unha proteína quinase.^[5]

Outro probable papel das proteín-tirosina quinase é na insuficiencia circulatoria e trastornos de órganos causados por endotoxinas en ratas, nas que se viu que os efectos dos inhibidores tyrphostin e genistein están relacionados coas proteín-tirosina quinases.^[4] Os sinais dos arredores da célula son recibidos por receptores da membrana plasmática e transmitidos ao citoplasma. A sinalización transmembrana debido ás receptor tirosina quinases, segundo Bae et al. (2009), depende en gran medida das interaccións, por exemplo, as mediadas polo dominio proteico SH2. As receptor tirosina quinases poden, por este método, influír na sinalización de receptores de factores e crecemento. Esta é unha das funcións de comunicación celular máis fundamentais nos metazoos.^[6]

Regulación

Diveross factores poden afectar as encimas tirosina quinases e isto pode inducir cambios importantes na célula. Un dos factores é que se una a un ligando. Varias receptor tirosina quinases, pero non todas, non presentan actividade de proteína quinase ata que son ocupadas ou activadas por un destes ligandos.^[2] Aínda que moitas investigacións recentes indican que os receptores permanecen activos dentro dos endosomas, antes pensábase que a endocitose causada por ligandos era o evento responsable do proceso de inactivación dos receptores. Os receptores de receptor tirosina quinases activadas son internalizados (reciclados no sistema) en pouco tempo e son finalmente liberados en lisosomas. Os complexos de sinalización internalizados están implicados en diferentes funcións en distintos sistemas de receptor tirosina quinase.^[7] Ademais os ligandos participan na unión reversible, un termo que describe os inhibidores que se unen non covalentemente (efectúanse inhibicións de diferentes tipos dependendo de se estes inhibidores se unen ao encima, ao complexo encima-substrato ou a ambos). Unha vez que a receptor tirosina quinase se une a un ligando pode unirse a unha tirosina quinase localizada no citosol da célula.^[2]

Os eritrocitos como exemplo

Un exemplo deste sistema que desencadea proceosos celulares en acción é a regulación da formación dos eritrocitos. Os mamíferos posúen este sistema, que empeza nos riles, onde se produce o desenvolvemento do sinal,^[2] que é unha citocina chamada eritropoetina. A actividade da eritropoetina iníciase cando son activados os receptores da citocina hematopoética.^[8] Na regulación dos eritrocitos, actúa a eritropoetina, que é unha proteína de 165 aminoácidos que xoga u papel na activación da proteína quinase JAK citoplasmática.^[2] Ditos receptores de citocina funcionan con membros da familia da tirosina quinase JAK, activándoos. Isto despois ten como resultado a fosforilación de varias proteínas de sinalización situadas na membrana plasmática, o cal seguidamente afecta á estimulación de receptores mediados por ligando e á activación de vías de sinalización intecelulares.^[8] Os substratos das quinases JAK median algunhas respostas de xenes entre outras cousas.^[8] O proceso é tamén responsable de mediar na produción de eritrocitos.^[2] Neste caso, a eritropoetina únese ao correspondente receptor da membrana plasmática, dimerizando o receptor,^[2] o cal nese estado é responsable da activación da quinase JAK uníndose a ela.^[2] Os residuos de tirosina localizados no dominio citoplasmático do receptor da eritropoetina son fosforilados pola proteína quinase JAK activada.^[2] Este é un exemplo de como unha receptor tirosina quinase pode ser activada por un ligando para regular, neste caso, a produción de eritrocitos.

• 
  Tirosina
• 
  Fosfato
• 
  ATP

Estrutura

Entre as varias características estruturais que se poden recoñecer en todas as proteín-tirosina quinases están ter un sitio de unión para o ATP, tres residuos que se cre están asociados coa función do fosfato terminal (gamma) da molécula de ATP unida ao encima, e un posible sitio catalítico do encima que é un determinado aminoácido.^[5] Ademais hai dúas secuencias de aminoácidos moi comúns nas proteín-tirosina quinases.^[5]

En Protein Data Bank disponse de 100 estruturas tridimensionais de tirosina quinases. Un exemplo é PDB 1IRK, a estrutura cristalina do dominio de tirosina quinase do receptor da insulina humano.

Familias

As tirosina quinases divídense en dúas grandes familias:

• as quinases ligadas a receptor transmembrana (receptor tirosina quinases)
• as que son proteínas citoplasmáticas

Receptor tirosina quinase

Artigo principal: Receptor tirosina quinase.

En 2004, coñecíanse 58 receptor tirosina quinases (RTK), agrupadas en 20 subfamilias. Xogan papeis centrais en diversas actividades celulares como o crecemento (por medio de neurotrofinas sinalizadoras), diferenciación celular, metabolismo, adhesión celular, motilidade e morte celular.^[9] As RTK están compostas por dominios extracelulares, que se poden unir a ligandos específicos, un dominio transmembrana, e un dominio catalítico intracelular, que poe unirse a un substrato seleccionado e fosforilalo. A unión dun ligando á rexión extracelular causa unha serie de rearranxos estruturais na RTK que conducen á súa activación encimática. En particular, o movemento dalgunhas partes do dominio quinase dá libre acceso ao adenosín trifosfato (ATP) e ao substrato ao sitio activo. Isto desencadea unha fervenza de eventos por medio da fosforilación de proteínas intracelulares que finalmente transmiten ("transducen") o sinal extracelular ao núcleo, causando cambios na expresión xénica. Moitas RTK están implicadas na oncoxénese, sexa por mutación xénica ou por translocación cromosómica,^[10] ou simplemente por sobreexpresión. En cada caso o resultado é unha quinase hiperactiva, que orixina estímulos aberrantes de crecemento non regulado e independentes de ligando nas células cancerosas.

Citoplasmáticas e non receptoras

Artigo principal: Non receptor tirosina quinase.

Nos humanos, hai 32 proteín-tirosina quinases citoplásmicas (EC 2.7.10.2).

A primeira non receptor tirosina quinase identificada foi a proteína oncoxénica v-src. A maioría das células animais conteñen un ou máis membros da familia Src de tirosina quinases. O receptor de antíxenos da célula T causa unha sinalización intracelular por activacion das proteínas Lck e Fyn, ambas estruturalmente similares a Src.^[11]

Importancia clínica

As tirosina quinases considéranse hoxe en día especialmente importantes debido ás súas implicacións no tratamento do cancro. Unha mutación que causa que certos tipos de tirosina quinases estean activas constitutivamente foi asociado con varios cancros. O imatinib (cos nomes comerciais Gleevec e Glivec) é un fármaco que se pode unir á fenda catalítica destas tirosina quinases, inhibindo a súa actividade.^[12]

A actividade de tirosina quinase está tamén implicada noutros eventos que son ás veces considerados moi desfavorables. Por exemplo, a potenciación da actividade do encima está implicada na alteración do funcionamento de certos sistemas, como a división celular. Tamén se inclúen numerosas doenzas relacionadas con inflamacións locais como a aterosclerose e a psoríase, ou inflamacións sistémicas como a sepse e o shock séptico.^[4] Varios virus afectan ao funcionamento das tirosina quinases durante a súa infección. O virus do polioma afecta a actividade das tirosina quinases na matriz nuclear.^[3] Os fibroblastos son células implicadas na curación de feridas e a formación da estrutura celular en células de mamífero. Cando estas células son transformadas polo virus do polioma, obsérvase unha maior actividade de tirosina quinase na matriz celular, o cal está tamén correlacionado coa proliferación celular.^[3] Outro virus que afecta as tirosina quinases é o virus do sarcoma de Rous, un retrovirus que causa sarcoma en polos. As células infectadas presentan obvias modificacións estruturais e na regulación do crecemento celular que é moi pouco usual.^[5] As proteín-tirosina quinases que son codificadas polo xenoma do virus do sarcoma de Rous causan transformación celular, e denomínanse oncoproteínas.^[5] Ademais, as tirosina quinases poden ás veces funcionar incorrectamente de maneira que se orixine un cancro pulmonar de células non pequenas.^[13] Este cancro pulmonar é moi común e é a causa de máis mortes que os cancros de mama, colorrectal e de próstata xuntos.^[13]

A fosforilación da proteína ocorre en residuos de tirosina situados tanto no receptor transmembrana coma nas proteín-tirosina quinases asociadas a membrana en células normais.^[5] A fosforilación acaba afectando á regulación de diversos factores de crecemento.^[5] A actividade de fosforilación das tirosina quinases tamén se incrementa e diminúe en conxunción con cambios na composición celular e regulación do crecemento.^[5] As proteín-tirosina quinases teñen un papel principal na activación dos linfocitos.^[5] Ademais, funcionan como mediadores en vías de comunicación celulares en células como as cromafíns adrenais, plaquetas e células neurais.^[5]

Inhibidores

As moléculas inhibidoras únense a encimas, reducindo a actividade encimática. A redución da actividade encimática pode alterar un patóxeno ou corrixir un sistema que non está funcionando ben; neste sentido, están a desenvolverse moitos inhibidores coa intención de usalos como fármacos.

Tumor estromático gastrointestinal e Imatinib

Os tumores estromáticos gastrointestinais son tumors mesenquimais que afectan o tracto gastrointestinal.^[14] As opcións de tratamento son limitadas.^[14] Porén, o fármaco imatinib, que é un inhibidor do encima que está funcionando mal, pode ser efectivo.^[14]

Leucemia mielóxena crónica e nilotinib

Se non lles funciona imatinib, os pacientes con leucemia mielóxena crónica avanzada poden usar nilotinib, dasatinib, bosutinib, ponatinib ou outro inhibidor do encima alterado que causa a leucemia.^[15] Estes inhibidores son inhibidores da tirosina quinase Bcr-Abl moi selectivos.^[15]

Outras

Sunitinib é un inhibidor da tirosina quinase oral que actúa sobre o receptor do factor de crecemento endotelial vascular (VEGFR), o receptor do factor de crecemento derivado de plaquetas (PDGFR), o receptor do factor de célula nai, e o receptor do factor estimulante das colonias-1 (Burstein et al. 2008)

Gefitinib e erlotinib inhiben o dominio de tirosina quinase do receptor do factor de crecemento epidérmico (EGFR), e poden utilizarse para tratar cancros pulmonares e pancreáticos nos que a miúdo hai sobreexpresión desta receptor tirosina quinase da superficie celular.

Os inhibidores das quinases poden ser tamén mediados. A sinalización parácrina media a resposta aos inhibidores das receptor quinases do receptor do factor de crecemento epidérmico. Faino activando o receptor do factor de crecemento epidérmico en células endoteliais do tumor.^[16]

Exemplos

Proteínas humanas que conteñen este dominio son:

AATK; ABL; ABL2; ALK; AXL; BLK; BMX; BTK; CSF1R; CSK; DDR1; DDR2; EGFR; EPHA1; EPHA2; EPHA3; EPHA4; EPHA5; EPHA6; EPHA7; EPHA8; EPHA10; EPHB1; EPHB2; EPHB3; EPHB4; EPHB6; ERBB2; ERBB3; ERBB4; FER; FES; FGFR1; FGFR2; FGFR3; FGFR4; FGR; FLT1; FLT3; FLT4; FRK; FYN; GSG2; HCK; IGF1R; ILK; INSR; INSRR; IRAK4; ITK; JAK1; JAK2; JAK3; KDR; KIT; KSR1; LCK; LMTK2; LMTK3; LTK; LYN; MATK; MERTK; MET; MLTK; MST1R; MUSK; NPR1; NTRK1; NTRK2; NTRK3; PDGFRA; PDGFRB; PLK4; PTK2; PTK2B; PTK6; PTK7; RET; ROR1; ROR2; ROS1; RYK; SGK493; SRC; SRMS; STYK1; SYK; TEC; TEK; TEX14; TIE1; TNK1; TNK2; TNNI3K; TXK; TYK2; TYRO3; YES1; ZAP70

Notas

1. Hanks SK, Quinn AM, Hunter T (xullo de 1988). "The protein kinase family: conserved features and deduced phylogeny of the catalytic domains". Science 241 (4861): 42–52. PMID 3291115. doi:10.1126/science.3291115. 
2. Cox, Michael; Nelson, David R. (2008). Lehninger: Principles of Biochemistry (fifth ed.). W H Freeman & Co. ISBN 1-4292-2416-9. 
3. Radha V, Nambirajan S, Swarup G (marzo de 1996). "Association of Lyn tyrosine kinase with the nuclear matrix and cell-cycle-dependent changes in matrix-associated tyrosine kinase activity". European Journal of Biochemistry 236 (2): 352–9. PMID 8612602. doi:10.1111/j.1432-1033.1996.00352.x. 
4. Ruetten H, Thiemermann C (September 1997). "Effects of tyrphostins and genistein on the circulatory failure and organ dysfunction caused by endotoxin in the rat: a possible role for protein tyrosine kinase". British Journal of Pharmacology 122 (1): 59–70. PMC 1564904. PMID 9298529. doi:10.1038/sj.bjp.0701345. 
5. Schaller MD, Borgman CA, Cobb BS, Vines RR, Reynolds AB, Parsons JT (June 1992). "pp125FAK a structurally distinctive protein-tyrosine kinase associated with focal adhesions". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 89 (11): 5192–6. PMC 49256. PMID 1594631. doi:10.1073/pnas.89.11.5192. 
6. Dengjel J, Kratchmarova I, Blagoev B (October 2009). "Receptor tyrosine kinase signaling: a view from quantitative proteomics". Molecular bioSystems 5 (10): 1112–21. PMID 19756300. doi:10.1039/b909534a. 
7. Wiley HS, Burke PM (January 2001). "Regulation of receptor tyrosine kinase signaling by endocytic trafficking". Traffic 2 (1): 12–8. PMID 11208164. doi:10.1034/j.1600-0854.2001.020103.x. 
8. Silvennoinen O, Saharinen P, Paukku K, Takaluoma K, Kovanen P (July 1997). "Cytokine receptor signal transduction through Jak tyrosine kinases and Stat transcription factors". APMIS 105 (7): 497–509. PMID 9269296. doi:10.1111/j.1699-0463.1997.tb05047.x. 
9. Bhise SB, Nalawade AD, Wadhawa H (December 2004). "Role of protein tyrosine kinase inhibitors in cancer therapeutics". Indian Journal of Biochemistry & Biophysics 41 (6): 273–80. PMID 22900354. 
10. Gunby RH, Sala E, Tartari CJ, Puttini M, Gambacorti-Passerini C, Mologni L (November 2007). "Oncogenic fusion tyrosine kinases as molecular targets for anti-cancer therapy". Anti-Cancer Agents in Medicinal Chemistry 7 (6): 594–611. PMID 18045055. doi:10.2174/187152007784111340. 
11. Palacios EH, Weiss A. Function of the Src-family kinases, Lck and Fyn, in T-cell development and activation. Oncogene. 2004 Oct 18;23(48):7990-8000. PMID 15489916 . DOI 10.1038/sj.onc.1208074 .
12. Weinberg, Robert A. (2007). The Biology Of Cancer. New York: Garland Science, Taylor & Francis Group, LLC. pp. 757–759. ISBN 0-8153-4076-1. 
13. Kris MG, Natale RB, Herbst RS, Lynch TJ, Prager D, Belani CP, Schiller JH, Kelly K, Spiridonidis H, Sandler A, Albain KS, Cella D, Wolf MK, Averbuch SD, Ochs JJ, Kay AC (October 2003). "Efficacy of gefitinib, an inhibitor of the epidermal growth factor receptor tyrosine kinase, in symptomatic patients with non-small cell lung cancer: a randomized trial". JAMA 290 (16): 2149–58. PMID 14570950. doi:10.1001/jama.290.16.2149. 
14. Blanke CD, Demetri GD, von Mehren M, Heinrich MC, Eisenberg B, Fletcher JA, Corless CL, Fletcher CD, Roberts PJ, Heinz D, Wehre E, Nikolova Z, Joensuu H (February 2008). "Long-term results from a randomized phase II trial of standard- versus higher-dose imatinib mesylate for patients with unresectable or metastatic gastrointestinal stromal tumors expressing KIT". Journal of Clinical Oncology 26 (4): 620–5. PMID 18235121. doi:10.1200/JCO.2007.13.4403. 
15. le Coutre P, Ottmann OG, Giles F, Kim DW, Cortes J, Gattermann N, Apperley JF, Larson RA, Abruzzese E, O'Brien SG, Kuliczkowski K, Hochhaus A, Mahon FX, Saglio G, Gobbi M, Kwong YL, Baccarani M, Hughes T, Martinelli G, Radich JP, Zheng M, Shou Y, Kantarjian H (February 2008). "Nilotinib (formerly AMN107), a highly selective BCR-ABL tyrosine kinase inhibitor, is active in patients with imatinib-resistant or -intolerant accelerated-phase chronic myelogenous leukemia". Blood 111 (4): 1834–9. PMID 18048643. doi:10.1182/blood-2007-04-083196. 
16. Kuwai T, Nakamura T, Sasaki T, Kim SJ, Fan D, Villares GJ, Zigler M, Wang H, Bar-Eli M, Kerbel RS, Fidler IJ (May 2008). "Phosphorylated epidermal growth factor receptor on tumor-associated endothelial cells is a primary target for therapy with tyrosine kinase inhibitors". Neoplasia 10 (5): 489–500. PMC 2373870. PMID 18472966. 

Véxase tamén

Ligazóns externas

• Eukaryotic Linear Motif resource: motivo de tipo MOD_TYR_CSK
• The Tyrosine Kinase group