RAF1

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simbolos v-raf-1 proteína similar al oncogén viral de la leucemia murina 1cRafC-Raf protooncogenesina/treonina cinasaev-raf-1 homólogo del oncogén viral de la leucemia murina 1raf protooncogén serina/treonina proteína cinasaprotooncogén c-RAFRAF1Raf-1Oncogén RAF1RAF protooncogén serina/treonina-proteína quinasa
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RAF1 ("RAF proto-oncogén serina/treonina-proteína quinasa"; RAF  proto-oncogén serina/treonina-proteína quinasa ; EC : 2.7.11.25), o c-RAF ("proto-oncogén c-RAF"; inglés  proto - oncogén c-RAF ) es una proteína quinasa de serina/treonina citosólica de la familia MAP3K [1] . Producto del gen RAF1 [2] [3] . Es parte de la vía de señalización ERK1/2 como la proteína quinasa MAP3K activada por mitógenos, que actúa aguas abajo de la familia Ras de GTPasas unidas a la membrana [ 4] . Raf1 es un miembro de la familia Raf de proteína quinasas de serina/treonina.

Descubrimiento

El primer gen Raf, v-Raf , fue descubierto en 1983. Se aisló del retrovirus de ratón 3611. Pronto se demostró que esta proteína era capaz de transformar los fibroblastos en una línea celular cancerosa, por lo que se le dio el nombre de fibrosarcoma de rápida propagación inducido por virus, o v-Raf (virus inducido rápidamente acelerado). Fibrosarcoma; V-RAF) [2] . Un año después, en 1984, se descubrió otro gen transformante en el retrovirus aviar MH2 y se denominó v-Mil. Resultó ser extremadamente similar a v-Raf [5] . Resultó que ambos genes abiertos codifican un producto con actividad serina-treonina quinasa [6] . Pronto se encontraron homólogos de v-Raf y v-Mil en genomas de ratones y pollos, que se denominaron c-Raf a partir del gen celular ( celular ) Raf . Ha quedado claro que c-Raf desempeña un papel en la regulación del crecimiento y la división celular [7] [8] . Ahora se sabe que c-Raf es la base de la vía de señalización ERK1/2 , la primera vía de señalización descrita para las quinasas MAPK activadas por mitógenos [9] . Actúa como una cinasa activada por mitógeno, iniciando toda la cascada de cinasas posterior. Los genes c-Raf celulares normales pueden mutar y convertirse en oncogenes aumentando las actividades de MEK1/2 y ERK1/2 [10] .

Estructura

El gen RAF1 humano se encuentra en el tercer cromosoma . El empalme alternativo da como resultado la formación de dos isoformas de proteínas con solo una pequeña diferencia entre las variantes. La principal variante de proteína quinasa es más corta y consta de 648 aminoácidos [11] .

Como muchas otras proteínas quinasas MAP3K , c-Raf es una proteína multidominio con varios dominios adicionales que se encargan de regular su actividad catalítica. En el extremo N de la proteína, uno al lado del otro, se encuentran el dominio de unión a Ras ( RBD ) y el homólogo 1 del dominio C -quinasa ( C1 ). Se estudió la estructura de ambos dominios y se mostró el mecanismo de regulación de c-Raf .

El dominio de unión a Ras contiene una región similar a la ubiquitina como muchos otros dominios de unión a proteína G. Se une específicamente solo a proteínas Ras asociadas a GTP [12] [13] [14] .

El dominio C1 de la proteína c-Raf se ubica inmediatamente después del RBD y es un dedo de zinc enriquecido con cisteína estabilizado por 2 iones de zinc . Es similar a los dominios C1 de unión a diacilglicerol de las proteínas de la familia de la proteína quinasa C ( PKC ) [15] [16] . Sin embargo, a diferencia de PKC , el dominio C1 en c-Raf no se une a diacilglicerol [17] . Se unen a otros lípidos como la ceramida [17] o el ácido fosfatídico [18] y, además, facilitan el reconocimiento de Ras unido a GTP activado ( GTP-Ras) [16] [19] .

La proximidad de los dos dominios reguladores y los datos experimentales sugieren que actúan de manera coordinada como un solo elemento que regula negativamente la actividad del dominio quinasa c-Raf a través de la interacción física [20] . Históricamente, el bloque autoinhibidor se denomina región CR1 , el sitio de conexión es CR2 y el dominio quinasa es CR3 .

Entre el dominio autoinhibidor y el dominio de la quinasa catalítica hay un segmento largo enriquecido en serina , cuya secuencia de aminoácidos varía mucho entre los genes Raf. Esta región no está estructurada internamente y es muy móvil. Aparentemente, sirve como una "bisagra" entre dos dominios estructurales rígidos, lo que permite importantes reordenamientos conformacionales dentro de la molécula de quinasa [21] . Sin embargo, esta región bisagra contiene un pequeño motivo conservado que es responsable del reconocimiento de la proteína reguladora 14-3-3 cuando se fosforila el residuo crítico de serina (en humanos, serina-259) en la molécula c-Raf. Además, el segundo motivo similar en c-Raf está ubicado en el extremo C-terminal detrás del dominio quinasa.

La mitad C-terminal de c-Raf está ocupada por el dominio catalítico. La estructura de estos dominios ha sido bien estudiada tanto en c-Raf [22] como en B-Raf [23] . El dominio quinasa de c-Raf es similar al de otras quinasas Raf y proteínas KSR , y se asemeja al dominio catalítico de varias otras quinasas MAP3K , incluida la familia de quinasas MLK . Juntas, estas enzimas forman un grupo de quinasas TKL (proteínas similares a la tirosina quinasa). Aunque estas proteínas comparten algunas de las características de las tirosina quinasas , la actividad de las proteínas TKL se limita a la fosforilación de serina y treonina de solo ciertas proteínas diana. Los sustratos más importantes para las quinasas Raf  son las quinasas MKK1 y MKK2 , cuya actividad está estrictamente regulada por esta fosforilación por las proteínas Raf .

Evolución de las cinasas Raf

La proteína c-Raf humana pertenece a una familia de proteínas quinasas relacionadas. Otros dos miembros del grupo que se encuentran en la mayoría de los vertebrados son B-Raf y A-Raf . Las tres proteínas son similares en su arquitectura de dominio, estructura y regulación. A diferencia de los bien estudiados c-Raf y B-Raf, no se conocen las funciones exactas del otro miembro del grupo A-Raf , aunque se espera que sean similares. Los tres genes del grupo parecen ser productos de la duplicación del gen precursor Raf o del genoma completo en los albores de la evolución de los vertebrados. La mayoría de los otros organismos tienen un solo gen Raf . Por ejemplo, en la mosca de la fruta Drosophila, este es el gen Phl o Draf [24] , mientras que en C. elegans es el  gen Lin-45 [25] .

Los organismos multicelulares tienen un tipo de quinasa estrechamente relacionado con Raf , el  supresor de quinasa Ras ( KSR ). Los vertebrados tienen dos parálogos del gen KSR : KSR1 y KSR2 . Su dominio quinasa C-terminal es similar al de Raf , pero su dominio regulador N-terminal es diferente. Aunque KSR también tiene una región bisagra , carece de un dominio de unión a Ras . En lugar de este último, existe un único dominio regulador CA1 . La estructura se reveló en 2012 y contiene un dominio de motivo SAM con una región de doble cadena adicional ( bobina enrollada ), la llamada. CC-SAM , que ayuda a las proteínas KSR a unirse a la membrana [26] . Los KSR , como los Raf , contienen un motivo de unión a proteínas 14-3-3 dual que requiere fosforilación, pero también contienen otros motivos de unión a MAPK en la bisagra. La secuencia típica de este último, -FxFP-, juega un papel importante en la regulación de las quinasas Raf en las vías de señalización de ERK1/2. Los KSR están involucrados en las mismas vías de señalización que las quinasas Raf , pero solo juegan un papel menor. Su actividad quinasa intrínseca es tan baja que durante mucho tiempo se consideraron inactivas [27] [28] . Su papel en la fosforilación es insignificante y, aparentemente, los KSR son principalmente socios en la heterodimerización con Raf quinasas , activándolos significativamente debido al efecto alostérico. Se han descrito efectos similares para otras quinasas MAP3K . Por ejemplo, ASK2 tiene una baja actividad enzimática por sí mismo y su acción está asociada con la formación del heterodímero ASK1 /ASK2 [29] .

Las quinasas tipo Raf están completamente ausentes en los hongos. Sin embargo, en otros flagelados posteriores (en particular, en Capsaspora owczarzaki ) se encontraron genes de quinasa Raf , lo que confirma su presencia en eucariotas unicelulares. Esto sugiere que las proteínas Raf tienen una historia evolutiva antigua y que los hongos pueden haber perdido el gen Raf más tarde. En los hongos, las vías de señalización similares a ERK1/2 están mediadas por otras quinasas similares a MEKK ( Ste11 en levadura).

Por el contrario, las quinasas Raf virales ( v-Raf ) son préstamos secundarios de genes de vertebrados de sus organismos huéspedes. Estos genes son versiones significativamente truncadas que carecen del dominio N-terminal autoinhibidor y de los motivos de unión 14-3-3, lo que da como resultado una actividad quinasa viral Raf descontrolada, que es esencial para la reproducción eficiente del virus.

Regulación de la actividad

La actividad de c-Raf está muy regulada. Como principal desencadenante de la vía de señalización de ERK1/2  , la activación de c-Raf está protegida por muchos mecanismos inhibidores y, normalmente, la proteína no puede activarse como resultado de un solo paso. El mecanismo regulador más importante es la interacción física directa del bloque autoinhibidor c-Raf N-terminal con su dominio quinasa. Como resultado, el sitio catalítico de la proteína se cierra físicamente y la actividad enzimática de la quinasa se bloquea por completo [20] . Esta forma "cerrada" solo se puede cambiar si el bloque autoinhibidor de la proteína interactúa con una proteína asociada que compite con su propio dominio quinasa, principalmente Ras unido a GTP . Tales proteínas G activadas pueden romper la interacción intramolecular, lo que, como resultado, cambia la conformación de c-Raf y la transforma en una forma "abierta" [32] necesaria para la activación de la quinasa y la unión al sustrato.

La proteína 14-3-3 también contribuye a la autoinhibición de c-Raf . Se sabe que las proteínas 14-3-3 forman dímeros y, por lo tanto, tienen dos sitios de unión [33] . Debido a esto, el dímero 14-3-3 actúa como un "bloqueo molecular", manteniendo las posibles proteínas asociadas a la unión a una distancia y orientación seguras de c-Raf . Por lo tanto, el dímero 14-3-3 (en particular , 14-3-3ζ ), al estar involucrado en la interacción con c-Raf , bloquea la quinasa en un estado "cerrado" y no permite la separación de los dominios autoinhibidor y catalítico. de la proteína [34] . Este "bloqueo" de c-Raf , como otros representantes de Raf y KSR , está controlado por la fosforilación del motivo de unión 14-3-3 en la región "bisagra" de la proteína. Es imposible sin la fosforilación previa de ciertas serinas (en c-Raf humano estas son las serinas 259 y 621) por otras proteína quinasas. La más importante de estas quinasas es MAP3K7/TAK1 , y las enzimas responsables de la desfosforilación de estos aminoácidos son la fosfatasa PP1 y el complejo fosfatasa PP2A [35] [36] .

Por sí mismo, la unión de 14-3-3 a Raf no es necesariamente un factor inhibidor. Cuando Raf está en su forma abierta y forma un dímero, 14-3-3 puede unirse a Raf en la configuración trans y así bloquear la quinasa en su forma dimérica en lugar de prevenir esta interacción separándolos entre sí [37] . También existen otras formas de interacción 14-3-3 con Raf, pero se desconoce su función [38] .

La dimerización de c-Raf es otro mecanismo importante para regular la actividad de la quinasa y requiere la fosforilación del bucle de activación de la proteína. Normalmente, solo los dominios de quinasa abiertos están involucrados en la dimerización. A diferencia de B-Raf, que forma un homodímero, c-Raf forma preferentemente un heterodímero con B-Raf o KSR1. No obstante, los homodímeros y heterodímeros funcionan de manera similar [28] .

La fosforilación del bucle de activación de c-Raf es un paso necesario para lograr una actividad completa y estabilizar la conformación activa. Las únicas quinasas conocidas que pueden hacer esto son las propias quinasas de la familia Raf. Aunque algunas otras quinasas, como PAK1, pueden fosforilar los residuos de aminoácidos ubicados cerca del dominio de la quinasa c-Raf, se desconoce el papel de estos mantenedores. El bucle de activación de c-Raf se puede transfosforilar con otra molécula de c-Raf o con KSR1. Debido a las características estructurales de los dímeros, dicha fosforilación puede ocurrir exclusivamente en la configuración trans (es decir, las quinasas de un dímero pueden fosforilar solo los residuos de otro dímero cuando forman un complejo intermedio de cuatro moléculas) [39] . Después de la interacción con los residuos de arginina y lisina del dominio quinasa, el bucle de activación fosforilado cambia su conformación a una forma estrictamente ordenada y cierra el dominio quinasa en una forma completamente activada hasta que el bucle se desfosforila. En este caso, el dominio quinasa se vuelve insensible al dominio autoinhibidor [40] . Las KSR carecen de sitios de fosforilación en el bucle de activación, por lo que estas proteínas carecen del último paso de activación, pero esto ya no es esencial, ya que la quinasa Raf activada ya es capaz de reconocer su sustrato [41] . Como la mayoría de las proteínas quinasas, c-Raf tiene varios sustratos posibles. c-Raf fosforila directamente BAD [42] , varios tipos de adenilato ciclasas [43] , fosfatasa de cadena ligera de miosina (MYPT) [44] , troponina (TnTc) [45] y varios otros, incluida la proteína de retinoblastoma (pRb) y Cdc25 fosfatasa [46] .

Los objetivos más importantes de la quinasa Raf son MKK1 (MEK1) y MKK2 (MEK2) . Aunque se desconoce la estructura del complejo enzima-sustrato c-Raf:MKK1, puede modelarse mediante el complejo KSR2:MKK1 [28] . Aunque el complejo KSR2:MKK1 en sí está inactivo, se cree que está muy cerca de cómo Raf se une al sustrato. La principal interfase de interacción está formada por las regiones C-terminales de ambos dominios de quinasa. El gran bucle desordenado rico en prolina , exclusivo de MKK1 y MKK2 , también juega un papel importante en la orientación correcta de Raf (o KSR) [47] . Como resultado de la reacción, después de unirse a Raf, MKK1 o MKK2 se fosforilan en dos posiciones en su ciclo de activación y se activan. Los objetivos de estas quinasas MKK1 o MKK2 en la cascada de quinasas posterior son ERK1 y ERK2, respectivamente. Las quinasas ERK pueden actuar sobre numerosos sustratos en la célula. Además, tras su translocación al núcleo , son capaces de estimular los factores de transcripción nuclear . Las ERK activadas son efectores pleiotrópicos de la fisiología celular y desempeñan un papel importante en el control de la expresión de genes implicados en la división celular, la migración, la inhibición de la apoptosis y la diferenciación.

Patología

Mutaciones con mayor actividad

Las mutaciones hereditarias con aumento de la actividad de c-Raf son bastante raras, pero conducen a síndromes graves. La mayoría de las veces, tales trastornos son causados ​​por mutaciones puntuales en uno de los dos sitios de unión 14-3-3 [48] [49] . Las mutaciones de c-Raf son una de las causas del síndrome de Noonan , cuyos rasgos característicos son: defectos cardíacos congénitos , baja estatura, dismorfismo y otros trastornos. Violaciones similares también pueden causar los llamados. Síndrome LEOPARD con un complejo de defectos.

Papel en el cáncer

Aunque c-Raf puede mutar en condiciones experimentales y ocasionalmente ocurre en tumores humanos [50] [51] , la quinasa B-Raf juega un papel importante en la tumorigénesis humana [52] .

Alrededor del 20% de los tumores humanos contienen un gen B-Raf mutado [53] . La mutación más común consiste en la sustitución de la valina-600 por ácido glutámico, cuyo producto (BRAF-V600E) puede visualizarse mediante análisis histoquímicos para el diagnóstico clínico molecular [54] [55] . Este cambio es estructuralmente similar a la forma fosforilada del bucle activador de la proteína y, al eliminar uno de los mecanismos inhibidores, conduce a una rápida activación completa de la cinasa [56] . Dado que B-Raf puede activarse tras la formación de un homodímero o heterodímero con c-Raf, dicha mutación tiene consecuencias catastróficas, lo que hace que la vía de señalización ERK1/2 esté permanentemente activa y conduce a un proceso de división celular descontrolado [57] .

Objetivo terapéutico

El importante papel de las mutaciones en los genes Ras y B-Raf en la oncogénesis explica su papel como objetivos potenciales para la terapia contra el cáncer; en particular, la mutación B-Raf V600E es uno de esos objetivos. El inhibidor específico Sorafenib fue el primer agente clínicamente útil que se convirtió en una alternativa farmacológica para el tratamiento de cánceres anteriormente generalmente incurables, como el carcinoma de células renales y el melanoma [58] . Otros agentes de este tipo incluyen Vemurafenib , Regorafenib , Dabrafenib y otros.

Sin embargo, estos inhibidores de B-Raf pueden tener un efecto adverso sobre los tumores dependientes de K-Ras porque son demasiado selectivos para actuar solo sobre B-Raf. Inhiben eficazmente la actividad de B-Raf cuando la mutación de B-Raf es la causa principal del tumor. Pero también mejoran la homodimerización de B-Raf y su heterodimerización con c-Raf, lo que resulta en una mayor activación de c-Raf si no hay mutaciones en los genes Raf, pero hay una mutación en el gen de su activador K-Ras [22]. ] . Esta activación paradójica requiere un diagnóstico genético preliminar antes de iniciar la terapia con inhibidores de B-Raf [59] .

Interacciones

C-Raf interactúa con numerosas proteínas celulares, incluidas las siguientes:

Literatura

Notas

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