1.3 LECTINAS TIPO C Y FACTORES DE CRECIMIENTO
1.3.3. Factores de crecimiento: Midkina y Pleiotrofina
Midkina es un factor de crecimiento con gran cantidad de aminoácidos básicos y cisteína. Esta proteína se une a GAG y está presente en todos los vertebrados donde se expresa a mitad de la gestación. Su expresión, salvo excepciones, está relacionado con procesos patológicos, cáncer, inflamación, la presión sanguínea, el desarrollo y la protección de tejidos.53,54,55 Los inhibidores de la Midkina56 también son importantes en
la esclerosis múltiple y en enfermedades como el Alzheimer (figura 1.3.3.1). Además, la Midkina puede presentar diferentes funciones dependiendo de la célula objetivo.
Figura 1.3.3.1 Representación de diferentes funciones biológicas en las que interviene la Midkina. Fuente: Kenji Kadomatsu et al. 2013.53
Algunos de los receptores de la midkina pueden ser PTP, un proteoglicano, LRP una lipoproteína y ALK una quinasa linfoma anaplastia (esquema de la unión a diferentes receptores)53. La figura 1.3.1.2 representa la unión de esta proteína con alguno de sus receptores.
53
K. Kadomatsu, S. Kishida, S. Tsubota, J.Biochem 2013, 153, 511. 54
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Esta proteína está formada por dos cadenas y una zona muy conservada en la estructura “la zona hinge”. Ver figura 1.3.10 A. Una cadena está formada por un dominio C con una cola C terminal y la otra cadena está formada por un domino N y una cola N- terminal. Estas dos cadenas están unidas por una zona hinge. La estructura secundaria de las dos cadenas son láminas B antiparalelas con tres puentes disulfuros en el domino N y dos puentes en el domino C. Además, el domino C contiene un círculo “loop” flexible. En el dominio C la midkina presenta dos zonas de reconocimiento de carbohidratos. Una zona, cluster-1, formada por residuos de lisina (K79 y K87) y por una arginina (R81). El cluster-2 se encuentra en el loop flexible formado por la lisina (K86 y K87) y por una arginina (R89).57 El dominio N terminal es requerido para la dimerización de la Midkina
junto con la transglutaminasa y la heparina. Estudios posteriores llevados a cabo con un pentasacárido de heparina (fondaparium) y la Mdkb presente en el pez zebra, han sugerido dos zonas más en la estructura de la proteína, capaces de unirse a carbohidratos. Estas dos zonas (cluster-3 y cluster-4) se encuentran en el domino N- terminal de la proteína (ver estructura 1.3.11 B y C). Así mediante técnicas de resonancia han concluido la necesidad de las 4 zonas (2 de cada dominio) y la zona hinge para la unión del pentasacárido de heparina.58
57 W. Iwasaki, K. Nagata, H. Hatanaka, T. Inui, T. Kimura, T. Muramatsu, K. Yoshida,
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Figura 1.3.3.2 Representación de la estructura de la Midkina. En A) podemos observar la estructura secundaria de la midkina y la zona hinge. En B y C se representa la estructura secundaria con una superficie electrostática para poder observar los 4 clúster formados de
aminoácidos positivos (azul). Fuente:Jackwee Lim et al. 2013.58
A pesar de haberse resuelto la estructura de la Midkina completa mediante RMN y parcial por difracción de rayos X, la naturaleza precisa del complejo de membrana a través del cual activa su función permanece por descubrir. En general, estos procesos implican la oligomerización extracelular del receptor al formar el complejo con factores de crecimiento y el GAG. Dicha oligomerización produce una señal intracelular frecuentemente por fosforización que es la responsable de la actividad. GAGs tipo heparina interacciona con la Midkina debido a su estructura tridimensional y la disposición de los grupos cargados negativamente.57 Otro tipo de GAG que también interacciona con la Midkina es el CS tipo E.59 En el capítulo 4 se describe un estudio
llevado a cabo en esta tesis doctoral. Este estudio trata sobre las interacciones de GAGs con la Midkina debido a la gran importancia que este tema presenta. Así que se comentará los en contexto los antecedentes previos a este tipo de interacciones y se pondrá de manifiesto los requisitos estructurales para la interacción con HS O CS-GAG.
La Midkina puede unirse a sus diferentes receptores, como ya se ha mencionado, formando un complejo proteína-receptor. Por ejemplo, un receptor es PTP que es un proteoglicano encontrado en la superficie celular. Este presenta tres zonas diferenciables en su estructura: un dominio extracelular formado por cadenas de CS, una zona de transmembrana y un dominio citoplasmático. Mediante este dominio extracelular se puede producir la interacción entre la Midkina y el PTP provocando la activación de la Midkina. Esta estimulación provoca la fosforilación de las tirosinas que se encuentran en la zona citoplasmática del receptor provocando el inicio del sistema de señalización transfiriendo la señal a dos quinasas tipo MAP y PI3. La unión a los receptores provoca diferentes funciones.53,60 (figura 1.3.3.3).
59
P. Zou, K. Zou, H. Muramatsu, K. Ichihara-Tanaka, O. Habuchi, S. Ohtake, S. Ilematsu, S. Sakuma, T. Muramatsu, Glycobiology 2003, 13, 35.
Figura 1.3.3.3 Proceso llevado a cabo por la Midkina cuando es activada por sus receptores. Fuente: Kenji Kadomatsu et al. 2013.53
Bastante parecida a la estructura de la Midkina es la Pleiotrofina (PTN). Esta proteína también es un factor de crecimiento neuronal el cual presenta una similitud con la proteína de un 45% y un plegamiento similar. Esta proteína es una potente citoquina mitogénica la cual presenta diversas funciones en la superficie celular. Por ejemplo, las células cancerígenas presentan una alta expresión de esta proteína cuyos niveles dependen de la metástasis del tumor.61,62,63,64,65,66,67,68,69 Por el contrario, una alta
61
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expresión de estas proteínas en otro tipo de células ayuda al mantenimiento de células, reparación de tejidos y protección de células neuronales durante su adición.70,71,72,73,74,75,76 Además, esta proteína participa en el desarrollo del sistema nervioso central y en la reparación y regeneración de tejidos.77,78,79
La estructura de la Pleiotrofina no se encuentra tan definida como la estructura de la Midkina (figura 1.3.3.4). La distribución de aminoácidos básicos en el NTD de la Pleiotrofina es diferente a la Midkina. La Pleiotrofina presenta un clúster de aminoácidos básicos en el extremo NTD similar a la Midkina del pez “zebra” pero con un aminoácido adicional, R39.80,81
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Figura 1.3.3.4 Estructura de la Pleiotrofina, extremo N y C reductor de los dos dominios. Fuente: Fuente: Eathen Ryan et al. 2016. Fuente: Eathen Ryan, 2016.