MAPKs: Características principales y regulación.

Las MAPKs son serín-/treonin-quinasas encargadas de transmitir estímulos extracelulares y desencadenar un amplio rango de respuestas celulares en respuesta a dichos estímulos. Esta familia de quinasas se encuentra muy conservada en el reino animal y sus distintos miembros desempeñan un papel importante tanto en condiciones biológicas basales como en situaciones patológicas. Entre las respuestas celulares que regulan se encuentran proliferación, diferenciación celular, estrés, inflamación, regulación del ciclo celular y apoptosis (Chambard et al, 2007), (Liu & Lin, 2005), (Cuenda & Rousseau, 2007).

Estas quinasas se dividen en MAPKs convencionales y MAPKs atípicas, en base a su habilidad de ser fosforiladas y, por tanto, activadas por miembros de la familia las MAP quinasa quinasa (MAPKK) (Coulombe & Meloche, 2007). En el presente trabajo nos hemos centrado en el estudio de tres de las MAPKs que forman parte de las MAPKs convencionales, dentro de las cuales se han identificado cuatro ramas nombradas de acuerdo con su MAPK correspondiente: la ruta de ERK1/2 (Boulton et al, 1991), la de JNK1-3 (Ip & Davis, 1998), la de p38MAPKα-δ (Cuenda & Rousseau, 2007) y la de ERK5 (Nithianandarajah-Jones et al, 2012). La cascada de ERK1/2 participa principalmente en proliferación y diferenciación celular mientras que las cascadas de JNK y p38MAPK están implicadas en respuesta a estrés celular

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(Karin, 1998). La cascada gobernada por ERK5 responde a ambos tipos de estímulos. No obstante, dependiendo del tipo celular y de las condiciones de estimulación, las MAPKs pueden intercambiar sus funciones (Bacus et al, 2001).

La cascada de señalización de las MAPKs está integrada por más de 200 componentes distintos y funciona mediante la fosforilación y activación secuencial de sus componentes (Cargnello & Roux, 2011) En la Fig.6 se muestra un esquema de la ruta de señalización de las MAPKs. En primer lugar, se encuentran las MAPKKKs que son serín- /treonín-quinasas activadas por fosforilación a través de proteínas pequeñas de unión a GTP de la familia Ras/Rho o de proteínas adaptadoras. La activación de las MAPKKKs produce a su vez la fosforilación de las MAPKKs en el motivo común conservado Ser-Xaa-Ala-Xaa- Ser/Thr (Yan & Templeton, 1994). A continuación, las MAPKKs activan a las MAPKs mediante la fosforilación de los residuos localizados en el motivo Treonina-X-TIrosina, donde X es glicina en p38MAPK, glutamina en ERK y prolina en JNK (Marshall, 1994). Finalmente, las MAPKs actúan sobre diversas dianas tanto citoplasmáticas como nucleares entre las que se encuentran factores de transcripción y proteínas de la familia de las quinasas activadas por MAPK (MAPKAPK) (Gaestel, 2008). A modo de ejemplo, cabe destacar que ERK1/2 fosforilan a más de 160 sustratos (Yoon & Seger, 2006). Las MAPKAPKs, a su vez, presentan un amplio rango de sustratos de manera que la señal transmitida por dicha ruta es amplificada de una manera muy eficiente.

La regulación de la expresión génica celular mediada por MAPKs se realiza principalmente a través de la fosforilación de otras quinasas y de factores de transcripción, pero las MAPKs también desempeñan esta función mediante el control del transporte, la estabilidad y la traducción de determinados ARNm (Dong et al, 2002), mediante la modificación de la estructura de la cromatina (Cheung et al, 2000) o mediante la modificación de la estabilidad de determinadas proteínas.

La especificidad de las MAPKs se obtiene por una serie de mecanismos diferentes como la regulación de la magnitud y duración de la señal, la interacción de las MAPKs con proteínas de anclaje que las unen a sus moléculas activadoras o a sus sustratos, la interacción entre diferentes ramas de las MAPKs o de las MAPKs con otras rutas de señalización celular, la distinta localización subcelular y la presencia de numerosos componentes específicos en cada nivel de la cascada de señalización.

Con el objetivo de mantener un equilibrio en la señalización por MAPKs para proporcionar una respuesta eficiente, es necesario un control exhaustivo de la magnitud y la duración de la activación de estas quinasas (Murphy & Blenis, 2006), (Marshall, 1995), lo que

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Figura 6: Esquema de la ruta de señalización de las MAPKs Figura adaptada de Keshet y Seger, 2010.

se consigue principalmente mediante la eliminación de los residuos fosfato responsables de la activación de las MAPKs. Entre las proteínas encargadas de este proceso se encuentran las tirosín-fosfatasas, las serín-/treonín-fosfatasas o las treonín-/tirosín-fosfatasas. Estas últimas se denominan fosfatasas de especificidad dual (DUSPs) y proporcionan un mecanismo de coordinación de la ruta de las MAPKs muy importante para la célula (Caunt & Keyse, 2012), no sólo por la defosforilación que llevan a cabo sobre las MAPKs, sino porque también sirven de anclaje para éstas permitiendo su correcta localización subcelular (Mandl et al, 2005). La expresión dinámica de las DUSPs junto con su especificidad de sustrato y su compartimentalización subcelular convierten a estas fosfatasas en reguladores óptimos de la duración de la activación de las MAPKs, más allá de un simple mecanismo de interruptor celular.

La familia de las DUSPs comparte un motivo de interacción con quinasa (KIM, del inglés “Kinase interacting motif”) localizado en el dominio N-terminal que consta de dos o tres residuos de arginina y una región catalítica situada en el extremo C-terminal. El hecho de que varios miembros de la familia puedan unirse a una misma MAPK hizo pensar que estas

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fosfatasas podrían tener una función redundante lo que retrasó en parte su estudio en profundidad. No fue hasta la generación de ratones KO para cada fosfatasa cuando el interés en estas aumentó, especialmente en su implicación en la respuesta inmunológica (Salojin & Oravecz, 2007). En la actualidad ha sido ampliamente descrita la versatilidad funcional de las DUSPs ya que son capaces de unirse tanto a las formas fosforiladas como a las no fosforiladas de las MAPKs proporcionando un mecanismo adicional para regular la actividad de estas MAPKs que a su vez, desempeñan funciones que no requieren su actividad catalítica (Rauch et al, 2011).