Le piccole GTPasi e molecole regolative

Le piccole GTPasi

Le proteine G sono capaci di legare il GTP e questo legame permette il cambio di conformazione e questo

rende possibile di 2 conformazioni alternative della proteina G una attiva ed una inattiva. Il passaggio tra le

due conformazioni è garantita dal’azione catalitica della proteina convertendo il GTP in GDP. Oltre alle

proteine G trimeriche attivate da recettori specifici associati alle proteine G, esistono piccole GTPasi

monomeriche (fanno sempre parte di proteine G o meglio della famiglia delle GTPasi che è costituita dalle

proteine G eterotrimeriche , le piccole GTPasi, le proteine sintetizing GTPasi e la dinamina/tubulina

GTPasi), che possono essere attivati in tanti modi, da recettori associati a proteine G ma anche da tantissimi

altri fattori poiché queste piccole proteine sono citosoliche.

La proteina G monometrica più studiata è Ras, questa proteina presenta 4 diverse isoforme che sono: HRas,

NRas, KRas 4a, KRas 4b, sono sintetizzati da 3 geni con un identità del 95%, differiscono nella regione C-

Term. Queste proteine sono state identificate inizialmente come proteine virali, in seguito è stato dimostrato

che in realtà nei mammiferi, Ras comprende una famiglia di tre proto-oncogeni, che sono ubiquitariamente

espressi e codificano per proteine appartenenti alla famiglia delle piccole GTPasi. Le piccole proteine

GTPasi possono avere diverse funzioni, Ras ha un ruolo nella proliferazione cellulare quindi mutazioni in

questo gene produce una mancata regolazione dell’attività di proliferazione inducendo il cancro (se mutato

provoca proteine oncogeniche). Le piccole GTPasi capaci di legare il GTP, hanno diverse funzioni e sono:

1)Rho es: Rac e Cdc42, è un regolatore dell’organizzazione del citoscheletro di actina, influenzando il

movimento e la morfologia della cellula

2)Rab:→ importanti nel trasporto vescicolare e in processi di endocitosi ed esocitosi

3)Sar/Arf: → trasporto vescicolare tra Golgi ed il RE

4)Ran: → trasporto nucleo citoplasma

5)Ras:→ un regolatore della proliferazione cellulare e del differrenziamento

La struttura delle proteine G monomeriche (piccole GTPasi) hanno una struttura conservata in quanto

posseggono unicamente il dominio GTPasico. Quindi a differenza della subunità α della proteina G costituita

da 2 domini, il dominio GTPasico più un dominio ad α-elica con la funzione di coperchio, in queste proteine

esiste solo il dominio GTPasico costituito da un foglietto β antiparallelo a sei filamenti e su entrambi i lati

del foglieto sono presenti 5 α-eliche. Il dominio G permette il legame e l’idrolisi del GTP ed ha una struttura

ed un meccanismo altamente conservato. Il caratteristico fold di questo dominio, risulta essere una struttura

α/β di 20-25 kD.

Questa figura rappresenta la struttura di una GNBPs (proteina legante nucleotidi guanidici) A) è indicato le regioni di

switch in colori differenti ed il nucleotide e lo ione Mg. B) il dominio G è al centro di colore giallo, le altre linee sono

domini addizionali.

Di queste strutture secondarie ci sono 10 loop di connessione e 5 sono rivolti sullo stesso lato della struttura a

formare il sito attivo, ed abbiamo distinto i loop importanti per il sito attivo e sono:

G1: è presente il loop P ed è identico in tutti i domini che legano i nucleotidi legando i fosfati α e β dei

nucleotidi;

G2 e G3: all’interno di questi loop ci sono piccole regioni che vengono chiamati switch I e II importante per

ɣ

il legame con il Fosfato in ed il Mg e poiché queste sono le regioni importanti l’interazione con il fosfati

queste subisco la modifica conformazionale tra lo stato in cui la proteina lega il GTP e quella che lega il

ɣ

GDP infatti l’unica differenza tra le due strutture è la presenza o assenza del fofato in . Il taglio di questo

fosfato porta al rilascio di questi due loop che prima erano costretti in una posizione ferma dalla necessità di

legare il fosfato tramite legami H in modo altamente direzionale;

G4 e G5: loop che permette l’interazione con la base Guaninica del nucleotide quindi è responsabile del

legame specifico rendendo possibile la distinzione di una Guanina dagli altri nuceotidi.

Queste strutture presentano sequenze altamente conservate, infatti questa sequenza, GXXXXGKS/T (dove la

X sta per un amminoacido generico G per Glicina, K Lisina, S Serina e T Treonina) è presente in tutti i

Ploop. Lo switch I contiene una Treonina altamente conservata. La specificità per la Guanina nel dominio G

è dovuta ad una lato della catena di Aspartame (Asp, dal motivo DXXG ed è so switch II), il quale forma un

doppio legame H con la base, e attraverso un interazione con la catena principale di un invariante Alanina

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(Ala , dal motivo SAK), con l’O della Guanina la quale per ragioni steriche non tollererebbe il gruppo

Amminico dell’Adenina.

Queste sequenze conservate sono importanti per il corretto svolgimento delle funzioni di queste proteine

infetti mutazioni di queste sequenze in proteine come Ras possono causare il suo mantenimento nella sua

conformazione attiva diventando un oncogene. In realtà l’attitività catalitica è una condizione necessaria ma

non sufficiente perché Ras per essere attivo, non deve essere legato al GTP ma è importante anche la sua

collocazione di membrana, infatti se si inibisce la sua collocazione sulla MP, Ras anche se lega il GTP è

inattivo. Molti farmaci antitumorali che contrastano l’attività di Ras agiscono sulla sua localizzazione

impedendo per esempio la farnesilazione o le varie modificazione post traduttive di Ras. Sono importanti due

modifiche post traduttive, l’aggiunta di un farnesile e la palmitolazione, (quest’ultima non è sempre presente

perché nell’isoforme di RAS 4b non c’è necessità della palmitolazione poiché è presenta una sequenza carica

positivamente).

Ci sono diverse piccole proteine GTPasi che hanno funzioni diverse capaci di indurre la catalisi in tempi

diversi (questo perché proteine diverse sono attivi in tempi diversi), inoltre queste proteine possono essere

fortemente regolate, e questa ulteriore modulazione avviene attraverso proteine regolative. Ci sono tre tipi di

proteine regolative con capacità diversa:

1) GAP (aumenta la velocità di idrolisi del GTP in GDP)

2) GEF (aumenta la velocità di dissociazione) Queste due proteine regolano la velocità di

3) GDI (diminuisce la velocità di dissociazione) dissociazione del GDP

Proteine GAP:

Tutte queste proteine sono