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 due conformazioni alternative della proteina G: una attiva ed una inattiva. Il passaggio tra le due conformazioni è garantito dall’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 Ras

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 producono una mancata regolazione dell’attività di proliferazione inducendo il cancro (se mutato provoca proteine oncogeniche).

Funzioni delle piccole GTPasi

Le piccole GTPasi capaci di legare il GTP, hanno diverse funzioni e sono:

• Rho: ad esempio Rac e Cdc42, è un regolatore dell’organizzazione del citoscheletro di actina, influenzando il movimento e la morfologia della cellula
• Rab: importanti nel trasporto vescicolare e in processi di endocitosi ed esocitosi
• Sar/Arf: trasporto vescicolare tra Golgi ed il RE
• Ran: trasporto nucleo citoplasma
• Ras: un regolatore della proliferazione cellulare e del differenziamento

Struttura delle proteine G monomeriche

La struttura delle proteine G monomeriche (piccole GTPasi) è 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 foglietto 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 GNBP (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:

• 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 il legame con il Fosfato in ed il Mg e poiché queste sono le regioni importanti l’interazione con il fosfato queste subiscono la modifica conformazionale tra lo stato in cui la proteina lega il GTP e quella che lega il GDP infatti l’unica differenza tra le due strutture è la presenza o assenza del fosfato 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 nucleotidi.

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 P-loop. Lo switch I contiene una Treonina altamente conservata. La specificità per la Guanina nel dominio G è dovuta ad un 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 146 (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, infatti mutazioni di queste sequenze in proteine come Ras possono causare il suo mantenimento nella sua conformazione attiva diventando un oncogene. In realtà l’attività 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 modifiche 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 nelle isoforme di RAS 4b non c’è necessità della palmitolazione poiché è presente una sequenza carica positivamente).

Regolazione delle piccole GTPasi

Ci sono diverse piccole proteine GTPasi che hanno funzioni diverse capaci di indurre la catalisi in tempi diversi (questo perché proteine diverse sono attive 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:

• GAP (aumenta la velocità di idrolisi del GTP in GDP)
• GEF (aumenta la velocità di dissociazione)
• GDI (diminuisce la velocità di dissociazione del GDP)

Proteine GAP: Tutte queste proteine sono...