Proteína quinasa B
Proteína quinasa B (PKB), también conocida como Akt, es el nombre colectivo de un conjunto de tres proteínas específicas de serina/treonina. proteínas quinasas que desempeñan funciones clave en múltiples procesos celulares, como el metabolismo de la glucosa, la apoptosis, la proliferación celular, la transcripción y la migración celular.
Miembros de la familia - Isoformas
Hay tres genes diferentes que codifican isoformas de la proteína quinasa B. Estos tres genes se conocen como AKT1, AKT2 y AKT3 y codifican las proteínas quinasas RAC alfa, beta y gamma serina/treonina, respectivamente. Los términos PKB y Akt pueden referirse a los productos de los tres genes en conjunto, pero a veces se usan para referirse solo a PKB alfa y Akt1.
Akt1 participa en las vías de supervivencia celular, al inhibir los procesos apoptóticos. Akt1 también es capaz de inducir vías de síntesis de proteínas y, por lo tanto, es una proteína de señalización clave en las vías celulares que conducen a la hipertrofia del músculo esquelético y al crecimiento general del tejido. Un modelo de ratón con deleción completa del gen Akt1 manifiesta retraso del crecimiento y aumento de la apoptosis espontánea en tejidos como los testículos y el timo. Dado que puede bloquear la apoptosis y promover así la supervivencia celular, se ha implicado a Akt1 como un factor importante en muchos tipos de cáncer. Akt1 se identificó originalmente como el oncogén del retrovirus transformante, AKT8.
Akt2 es una molécula de señalización importante en la vía de señalización de la insulina. Es necesario para inducir el transporte de glucosa. En un ratón que es nulo para Akt1 pero normal para Akt2, la homeostasis de la glucosa no se altera, pero los animales son más pequeños, lo que coincide con el papel de Akt1 en el crecimiento. Por el contrario, los ratones que no tienen Akt2, pero tienen Akt1 normal, tienen una leve deficiencia de crecimiento y muestran un fenotipo diabético (resistencia a la insulina), lo que nuevamente coincide con la idea de que Akt2 es más específico para la vía de señalización del receptor de insulina.
El papel de Akt3 es menos claro, aunque parece expresarse predominantemente en el cerebro. Se ha informado que los ratones que carecen de Akt3 tienen cerebros pequeños.
Las isoformas de Akt se sobreexpresan en una variedad de tumores humanos y, a nivel genómico, se amplifican en adenocarcinomas gástricos (Akt1), cánceres de ovario (Akt2), de páncreas (Akt2) y de mama (Akt2).
Nombre
El nombre Akt no hace referencia a su función. El "Ak" en Akt se refiere a la cepa de ratón AKR que desarrolla linfomas tímicos espontáneos. La "t" significa 'timoma'; La letra se añadió cuando se aisló un retrovirus transformante de la cepa de ratón Ak, que se denominó "Akt-8". Los autores afirman que "el ratón Stock A Strain k AKR fue originalmente endogámico en el laboratorio del Dr. C. P. Rhoads por K. B. Rhoads en el Instituto Rockefeller". Cuando se descubrió el oncogén codificado en este virus, se lo denominó v-Akt. Por lo tanto, los análogos humanos identificados más recientemente recibieron el nombre correspondiente.
Reglamento
Akt1 participa en la vía PI3K/AKT/mTOR y otras vías de señalización.
Unión de fosfolípidos
Las proteínas Akt poseen un dominio proteico conocido como dominio PH, o dominio de homología de pleckstrina, que lleva el nombre de pleckstrina, la proteína en la que se descubrió por primera vez. Este dominio se une a fosfoinosítidos con alta afinidad. En el caso del dominio PH de las proteínas Akt, se une a PIP3 (fosfatidilinositol (3,4,5)-trifosfato, PtdIns(3,4,5)P3) o PIP2 (fosfatidilinositol (3,4)-bisfosfato, PtdIns(3,4)P2< /sub>). Esto es útil para el control de la señalización celular porque el fosfoinositido PIP2 difosforilado solo es fosforilado por la familia de enzimas PI 3-quinasas (fosfoinositido 3-quinasa o PI3-K), y solo al recibir mensajeros químicos que le dicen a la célula para iniciar el proceso de crecimiento. Por ejemplo, las PI 3-quinasas pueden activarse mediante un receptor acoplado a proteína G o un receptor tirosina quinasa tal como el receptor de insulina. Una vez activada, la PI 3-quinasa fosforila PIP2 para formar PIP3.
Fosforilación
Una vez colocado correctamente en la membrana mediante la unión de PIP3, Akt puede ser fosforilado por sus cinasas activantes, fosfoinositida-dependiente kinase-1 (PDPK1 en threonine 308 en Akt1 y threonine 309 en Akt2) y el objetivo mamífero de rapamycin complejo 2 (mTORC2 en serine 473 (Akt1) mTORC2 por lo tanto actúa funcionalmente como la molécula PDK2 largamente traída, aunque otras moléculas, incluyendo la kinasa interrelacionada por integrinos (ILK) y proteína activada por mitogen kinase-2 (MAPKAPK2) también pueden servir como PDK2. La fosforilación por mTORC2 estimula la fosforilación posterior de las isoformas Akt por PDPK1.
Las isoformas de Akt activadas pueden luego activar o desactivar sus innumerables sustratos (por ejemplo, mTOR) a través de su actividad quinasa.
Además de ser un efector posterior de las PI 3-quinasas, las isoformas de Akt también pueden activarse de manera independiente de las PI 3-quinasas. ACK1 o TNK2, una tirosina quinasa no receptora, fosforila Akt en su residuo de tirosina 176, lo que lleva a su activación de manera independiente de la PI 3-quinasa. Los estudios han sugerido que los agentes elevadores de AMPc también podrían activar Akt a través de la proteína quinasa A (PKA) en presencia de insulina.
O-GlcNAcilación
Akt puede ser O-GlcNAcilado por OGT. La O-GlcNAcilación de Akt se asocia con una disminución en la fosforilación de T308.
Ubiquitinación
Akt1 normalmente se fosforila en la posición T450 en el motivo de giro cuando se traduce Akt1. Si Akt1 no está fosforilado en esta posición, Akt1 no se pliega de la manera correcta. El Akt1 mal plegado y no fosforilado T450 es ubiquitinado y degradado por el proteosoma. Akt1 también se fosforila en T308 y S473 durante la respuesta de IGF-1, y el Akt polifosforilado resultante está ubiquitinado parcialmente por la ligasa E3 NEDD4. La mayor parte del Akt1 ubiquitinado-fosforilado es degradado por el proteosoma, mientras que una pequeña cantidad de Akt1 fosforilado se transloca al núcleo de una manera dependiente de la ubiquitinación para fosforilar su sustrato. Un Akt1 mutante derivado del cáncer (E17K) se ubiquitina y fosforila más fácilmente que el Akt1 de tipo salvaje. El Akt1 ubiquitinado-fosforilado (E17K) se traslada más eficientemente al núcleo que el Akt1 de tipo salvaje. Este mecanismo puede contribuir al cáncer inducido por E17K-Akt1 en humanos.
Lipidos fosfatasas y PIP3
La activación de Akt1 dependiente de PI3K se puede regular a través del supresor de tumores PTEN, que funciona esencialmente como lo opuesto a PI3K mencionado anteriormente. PTEN actúa como fosfatasa para desfosforilar PIP3 nuevamente a PIP2. Esto elimina el factor de localización de membrana de la vía de señalización de Akt. Sin esta localización, la tasa de activación de Akt1 disminuye significativamente, al igual que todas las vías posteriores que dependen de Akt1 para su activación.
PIP3 también se puede desfosforilar en el extremo "5" posición de la familia SHIP de inositol fosfatasas, SHIP1 y SHIP2. Estas polifosfato inositol fosfatasas desfosforilan PIP3 para formar PIP2.
Proteínas fosfatasas
Se ha demostrado que las fosfatasas de la familia PHLPP, PHLPP1 y PHLPP2, desfosforilan directamente y, por lo tanto, inactivan distintas isoformas de Akt. PHLPP2 desfosforila Akt1 y Akt3, mientras que PHLPP1 es específico para Akt2 y Akt3.
Función
Las Akt quinasas regulan la supervivencia celular y el metabolismo uniéndose y regulando muchos efectores posteriores, p. Factor nuclear-κB, proteínas de la familia Bcl-2, regulador lisosomal maestro TFEB y doble minuto murino 2 (MDM2).
Supervivencia celular
Las Akt quinasas pueden promover la supervivencia celular mediada por el factor de crecimiento tanto directa como indirectamente. BAD es una proteína proapoptótica de la familia Bcl-2. Akt1 puede fosforilar BAD en Ser136, lo que hace que BAD se disocia del complejo Bcl-2/Bcl-X y pierda la función proapoptótica. Akt1 también puede activar NF-κB mediante la regulación de la quinasa IκB (IKK), lo que da como resultado la transcripción de genes que favorecen la supervivencia.
Ciclo celular
Se sabe que las isoformas Akt desempeñan un papel en el ciclo celular. En diversas circunstancias, se demostró que la activación de Akt1 supera la detención del ciclo celular en las fases G1 y G2. Además, Akt1 activado puede permitir la proliferación y supervivencia de células que han sufrido un impacto potencialmente mutagénico y, por lo tanto, puede contribuir a la adquisición de mutaciones en otros genes.
Metabolismo
Akt2 es necesario para la translocación inducida por la insulina del transportador de glucosa 4 (GLUT4) a la membrana plasmática. La glucógeno sintasa quinasa 3 (GSK-3) podría inhibirse tras la fosforilación por Akt, lo que da como resultado un aumento de la síntesis de glucógeno. GSK3 también participa en la cascada de señalización de Wnt, por lo que Akt también podría estar implicado en la vía Wnt. Se desconoce su papel en la esteatosis inducida por el VHC.
Biogénesis lisosomal y autofagia
Akt1 regula el TFEB, un controlador maestro de la biogénesis lisosomal, mediante fosforilación directa en la serina 467. El TFEB fosforilado está excluido del núcleo y es menos activo. La inhibición farmacológica de Akt promueve la translocación nuclear de TFEB, la biogénesis lisosomal y la autofagia.
Angiogénesis
Akt1 también ha sido implicado en la angiogénesis y el desarrollo de tumores. Aunque la deficiencia de Akt1 en ratones inhibió la angiogénesis fisiológica, mejoró la angiogénesis patológica y el crecimiento tumoral asociado con anomalías de la matriz en la piel y los vasos sanguíneos.
Relevancia clínica
Las proteínas Akt están asociadas con la supervivencia, proliferación e invasividad de las células tumorales. La activación de Akt es también una de las alteraciones más frecuentes observadas en células cancerosas y tumorales humanas. Las células tumorales que tienen Akt constantemente activo pueden depender de Akt para sobrevivir. Por lo tanto, comprender las proteínas Akt y sus vías es importante para la creación de mejores terapias para tratar el cáncer y las células tumorales. Una mutación activadora de mosaico (c. 49G→A, p.Glu17Lys) en Akt1 está asociada con el síndrome de Proteus, que provoca un crecimiento excesivo de la piel, el tejido conectivo, el cerebro y otros tejidos.
Inhibidores de Akt
Los inhibidores de Akt pueden tratar cánceres como el neuroblastoma. Algunos inhibidores de Akt se han sometido a ensayos clínicos. En 2007, VQD-002 tuvo un ensayo de fase I. En 2010 Perifosine alcanzó la fase II. pero fracasó en la fase III en 2012.
La miltefosina está aprobada para la leishmaniasis y se está investigando para otras indicaciones, incluido el VIH.
Ahora se cree que Akt1 es la "clave" para la entrada celular por HSV-1 y HSV-2 (virus del herpes: oral y genital, respectivamente). La liberación de calcio intracelular por parte de la célula permite la entrada del virus del herpes; el virus activa Akt1, lo que a su vez provoca la liberación de calcio. El tratamiento de las células con inhibidores de Akt antes de la exposición al virus conduce a una tasa de infección significativamente menor.
MK-2206 informó resultados de fase 1 para tumores sólidos avanzados en 2011 y, posteriormente, se ha sometido a numerosos estudios de fase II para una amplia variedad de tipos de cáncer.
En 2013, AZD5363 informó los resultados de la fase I sobre tumores sólidos. con un estudio de AZD5363 con olaparib informado en 2016.
Ipatasertib se encuentra en ensayos de fase II para el cáncer de mama.
La disminución de las isoformas de Akt puede provocar efectos nocivos
Akt isoform activation se asocia con muchas malignidades; sin embargo, un grupo de investigación del Hospital General de Massachusetts y la Universidad de Harvard observó inesperadamente un papel converso para Akt y uno de sus FOXO de efecto aguas abajo en la leucemia mieloide aguda (AML). They claimed that low levels of Akt activity associated with elevated levels of FOXOs are required to maintain the function and immature state of leukemia-initiating cells (LICs). FOXOs son activos, lo que implica reducción Actividad de Akt, en ~40% de las muestras de pacientes de AML independientemente del subtipo genético; y la activación de Akt o eliminación de compuestos de FoxO1/3/4 redujo el crecimiento de células leuémicas en un modelo de ratón.
La hiperactivación de Akt1 puede causar efectos nocivos
Dos estudios muestran que Akt1 está involucrado en los tumores de células de la granulosa juvenil (JGCT). Se encontraron duplicaciones en marco en el dominio de homología de pleckstrina (PHD) de la proteína en más del 60% de los JGCT que ocurrieron en niñas menores de 15 años. Los JGCT sin duplicaciones portaban mutaciones puntuales que afectaban a residuos altamente conservados. Las proteínas mutadas que portaban las duplicaciones mostraron una distribución subcelular no salvaje, con un marcado enriquecimiento en la membrana plasmática. Esto condujo a un grado sorprendente de activación de Akt1 demostrado por un fuerte nivel de fosforilación y corroborado por ensayos de reportero.
El análisis mediante RNA-Seq identificó una serie de genes expresados diferencialmente, implicados en la señalización de citoquinas y hormonas y en procesos relacionados con la división celular. Análisis adicionales apuntaron a un posible proceso de desdiferenciación y sugirieron que la mayoría de las desregulaciones transcriptómicas podrían estar mediadas por un conjunto limitado de factores de transcripción perturbados por la activación de Akt1. Estos resultados incriminan a las mutaciones somáticas de Akt1 como eventos probablemente importantes en la patogénesis de los JGCT.