Cascada de activación de las MAPKs

En mamíferos, el término general MAPK (mitogen-activated protein Kinase) comprende a una superfamilia de proteínas quinasas con especificidad dual serina/treonina-quinasa dirigida por residuos prolina, que pueden ser activadas por una gran variedad de estímulos. Su activación depende de la señal iniciada por receptores de factores de crecimiento fosforilados en tirosina (como PDGF, EGF, FGF) o receptores de hormonas (como la hormona del crecimiento), de receptores asociados a proteínas G (seven transmembrana receptors) (como ANGII, endotelina) o de receptores de citocinas inflamatorias como los de la familia del TNF-α. Además, pueden ser activadas por condiciones de estrés en el entorno, como por ejemplo por shoc osmótico, irradiación, lesiones en el DNA o por productos bacterianos como el LPS. La activación de las MAPKs en respuesta a estos estímulos controla la expresión de genes, el metabolismo celular y funciones del citoesqueleto, contribuyendo a la regulación de procesos celulares tan complejos como la migración, la mitogénesis, la diferenciación o la supervivencia celular.

Estas MAPK quinasas han sido divididas en tres grandes grupos en función de los estímulos que inducen su activación. Así por ejemplo, los factores de crecimiento o estímulos mitogénicos promueven principalmente la activación de las quinasas ERK (extracellular signal-regulated kinase); mientras que, estímulos de estrés celular inducen la activación de otras dos subfamilias, las JNK/SAPK (c-jun NH2-terminal

kinase o stress-activated MAP kinase) y un tercer grupo caracterizado por p38RK (Reactivated kinase) (ver apartado 3.1.3.2.)

La activación de cada familia de MAPK se produce en forma de cascada. Dicha cascada está formada por tres módulos con actividad quinasa, donde los miembros del módulo superior fosforilan y activan a los miembros del módulo inferior. La especificidad de la respuesta de la MAPK viene dada por la activación específica de determinados miembros de cada uno de estos módulos. Estos módulos se esquematizan como MAPKKK---MAPKK—MAPK. De esta manera, el tercer módulo, correspondiente a las familias ERK, JNK y p38 (MAPK) serán fosforiladas y activadas por un segundo módulo de MAPK quinasas (MAPKKs). Estas MAPKKs son quinasas con especificidad dual y catalizan una doble fosforilación en tirosina y en treonina sobre las MAPKs necesaria para que éstas sean completamente activas. Por otro lado, las MAPKKs serán fosforiladas y activadas por serina/treonina quinasas que funcionan como MAPKK quinasas (MAPKKKs), el primer módulo. La regulación de estas quinasas podría parecer complicada por el gran número de combinaciones que existen, pero no es así. Primero, las MAPKKs representan un número menor de miembros que el módulo de las MAPK. Segundo, las MAPKKs presentan una alta especificidad por sus substratos MAPK, conduciendo a un mínimo de combinaciones en los módulos MAPKK-MAPK. Tercero, los MAPKKKs presentan diferentes motivos de regulación que los que presentan las MAPKK o MAPK. Por tanto, las MAPKKKs pueden ser reguladas por una variedad de proteínas especificas activadas en respuesta a los diferentes estímulos extracelulares. Por último, la regulación de la cascada MAPKKK-MAPKK-MAPK dependerá de su interacción con unas proteínas adaptadoras denominadas “scaffolding”. El papel de estas proteínas consiste en aumentar la concentración local de las proteínas quinasas y sus substratos específicos (Pearson y col., 2001; Treisman, 1996)

2.1.3.2.1. Activación de ERK (extracelular signal-regulated kinase)

La cascada de activación de ERK es la que, hasta el momento, ha sido más extensamente estudiada, ya que se activa bajo el estímulo de numerosos agentes

mitogénicos. ERK-1 y ERK-2, también conocidas como p44- y p42- MAPK, son expresadas de forma ubicua y su abundancia relativa dependerá del tipo de tejido. Por ejemplo, en muchas células del sistema inmunológico ERK-2 se encuentra predominantemente expresada, mientras que en células de origen neuroendocrino, la expresión de ambas quinasas es similar (Lewis y col, 1998).

El segundo módulo de activación (MAPKK) está compuesto por los miembros de la familia MEK; MEK-1 y MEK-2. No existen evidencias de que ERK-1/2 puedan ser fosforiladas por otros efectores, aunque no es posible descartar esta posibilidad (Crews y col.,1992) (Fig. 5)

Figura 5. La cascada de activación de la familia ERK.

ERK, extracellular- related kinase; MAPK, mitogen-activated protein

kinase; MAPKAPK, MAPK activated protein kinase; MAPKK, MAPK Kinase; MAPKKK, MAPKK Kinase;

MEK, MAPK/ERK kinase; PLA2, fosfolipasa A2.

De todos los posibles estimuladores de MEK que se conocen, son quizás, las isoformas de Raf y Mos las únicas capaces de fosforilar a este segundo módulo en una cascada sencilla (Kyriakis y col., 1992). La familia de proteínas quinasas de Raf está compuesta por A-Raf, B-Raf y Raf-1 (o c-Raf). De estas isoformas, Raf-1 es la que está presente de forma ubicua en todos los tejidos. En tejidos neuronales y testículos está presente de forma predominante B-Raf, mientras que A-Raf se localiza en tejido urogenital. La regulación de Raf-1 es muy compleja, ya que Raf-1 forma

ERK-1/2 MAPKKK MAPKK MAPK MEK-1 MEK-2 Raf Mos Rsk1/2 MNK-1/2 MAPKAP-K2/3 SRC-1 c-Jun c-Fos ATF-2 Elk-1 PLA2

parte de un complejo multiproteico y su activación depende de interacciones proteína- proteína, fosforilaciones de residuos tirosina, treonina y serina, y de su localización celular (Morrison y Cutler, 1997). Por tanto, el estado de fosforilación y activación de Raf-1 dependerá de múltiples familias de proteínas, incluyendo miembros de la familia Src, de la familia PKC, de PAK (p21(Rac/cdc42)-activated protein), y de Akt.

Como hemos comentado anteriormente, la activación de la cascada ERK se produce a través de receptores fosforilados en tirosina, tal y como ocurre con el receptor del M-CSF (ver apartado 2.1.2). La fosforilación de estos receptores tiene como resultado la organización y activación de diversos complejos multiproteicos. Uno de estos complejos se produce tras la activación de la proteína G monomérica, Ras. La activación de Ras se inicia con el reclutamiento de proteínas adaptadoras como Shc y Grb2 al receptor a través de la interacción de sus dominios SH2 con los residuos tirosina del receptor. Entonces el intercambiador de nucleótidos, mSOS promueve el intercambio de un GDP por un GTP. El complejo Ras-GTP es capaz de interaccionar directamente con un número elevado de factores, entre ellos, las isoformas de Raf. La interacción de Ras con Raf-1 induce un cambio conformacional de Raf-1, activándolo o simplemente proporcionándole el entorno adecuado para su activación (Moodie y col., 1993; Vojtek y col., 1993).

Una vez activadas, ERK-1 y ERK-2 son capaces de fosforilar y regular, ya sea positiva o negativamente, numerosas proteínas citoplasmáticas, incluyendo proteína- quinasas adicionales y otras proteínas involucradas en la transmisión de señales como la fosfolipasa A2, así como componentes del citoesqueleto. Además, las ERKs pueden translocarse al núcleo, donde regulan la actividad de factores de transcripción que controlan la expresión de genes de acción inmediata (Treisman, 1996) (Fig. 5).

ERK-1/2 tiene un efecto directo sobre las quinasas Rsk (también conocidas como pp90 ribosomal S6 quinasa). Rsk1 y Rsk2 una vez fosforiladas pueden interaccionar con proteínas implicadas en la activación transcripcional, como CREB (cAMP-response element binding protein) (Xing y col., 1996), el coactivador CBP (Nakajima y col., 1996), c-Fos (Chen y col., 1993), SRF (Serum response factor) (Rivera y col., 1993) o el receptor de estrógenos (Joel y col., 1998). Las

serina/treonina quinasas, Mnk1 y Mnk2 (MAP Kinase-interacting kinase) también pueden ser fosforiladas con diferente especificidad tanto por ERK-1/2 como por p38. Aunque Mnk2 es un buen substrato in vitro de las dos cascadas de activación, Mnk1 es mejor substrato para las quinasas p38. Una vez activadas por estímulos mitogénicos o factores de estrés, Mnk1 y Mnk2 fosforilan al factor de iniciación eucariótico (eIF-4E) con el consiguiente inicio de la síntesis proteica en los ribosomas (Waskiewicz y col., 1997). Por otro lado, ERK-1/2 (al igual que p38) participa en la activación de otra familia de serina/treonina quinasas, las MAPKAP-K2 y -3 (MAPK- Activated Protein Kinase). La acción de estas quinasas sobre la proteína de shoc térmico HSP27 contribuye a la reorganización del citoesqueleto afectando a la motilidad celular (Engel y col., 1995).

Por otro lado, la traslocación de ERK-1/2 al núcleo permite la fosforilación del coactivador SRC-1 (Receptor steroids coactivator-1) potenciando la activación de receptores nucleares esteroideos (Rowan y col., 2000). En el núcleo, ERK también puede activar o fosforilar a algunos miembros de la familia de factores de transcripción de AP-1 (activating protein-1) incluyendo c-Jun (Hibi y col., 1993), c-Fos (Chen y col., 1993), y ATF2 (Activating transcription factor) (Gupta y col., 1995) (Fig. 5). Sin embargo, la primera función atribuida a ERK-1/2 fue la fosforilación del factor de transcripción Elk-1 (ETS-domain proteins). Este factor pertenece a un complejo transcripcional de los TCF (Ternary complex factor) que median la transcripción de genes que contienen en sus promotores dominios SRE (Serum response element) como c-fos (Janknecht y col., 1993; Price y col., 1995).

Cabe mencionar que la vía de señalización a través de ERK no sólo es activada por factores mitogénicos, hormonas y citocinas sino también por agentes antiproliferativos, como es el caso del LPS en macrófagos (Reiman y col.,1994; Valledor y col., 2000b).