Una biología de la quinasa p38
La vía de señalización p38 MAPK ha sido uno de los temas más intensamente estudiados en biología desde su identificación inicial hace más de 10 años. El nivel de interés en esta vía ha sido impulsado principalmente por dos factores. En primer lugar, esta vía de señalización se activa por una amplia gama de estímulos y está implicada en numerosas enfermedades, sobre todo en la inflamación. En segundo lugar, la pronta disponibilidad de inhibidores selectivos de p38 proporcionó las herramientas críticas necesarias para delinear mejor el papel que desempeñan las proteínas quinasas en las vías de señalización, y los medios para perseguir el potencial terapéutico de la inhibición de p38. De hecho, durante los últimos 5 años, un gran número de inhibidores de p38 han entrado en los ensayos clínicos.
En el momento del descubrimiento de la MAP quinasa p38, ya se había identificado el primer miembro de la familia de las MAP quinasas, la quinasa regulada por señales extracelulares (ERK). Sin embargo, no se sabía que existían otras dos subfamilias de treonina/tirosina cinasas de doble especificidad (p38 y JNK). En 1994, varios grupos de investigación identificaron de forma independiente una nueva actividad quinasa (Freshney et al., 1994; Han et al., 1994; Rouse et al., 1994;) y, posteriormente, la clonación del ADNc humano condujo a la identificación de la p38 α (Lee et al., 1994). Poco después, se identificaron otras tres variantes de empalme de la familia p38, p38β, P38y y p38h (Jiang et al., 1996, Jiang et al., 1997, Kumar et al., 1997). Dos miembros de la familia, p38α y β, se expresan de forma ubicua pero se regulan de forma diferencial en distintos tipos de células, mientras que los otros dos tienen una distribución tisular más restringida. Hasta la fecha, la p38α, que se ha implicado en una serie de enfermedades, es el miembro de la familia que mejor se conoce (revisado en Kumar et al., 2003 y Saklatvala, 2004).
La activación de la p38 se ha observado en varios organismos como respuesta a muchos estímulos. Los ortólogos de p38α en la levadura, el gusano y la rana se han implicado en la osmorregulación, las respuestas al estrés y la regulación del ciclo celular. La regulación de p38α en células de mamíferos también ha sido bien estudiada (revisada en Zarubin y Han, 2005). Ahora está claro que la vía de señalización de p38α es compleja, influenciada no sólo por los estímulos y el tipo de célula, sino también por varios reguladores y combinaciones de quinasas activadoras aguas arriba. Se sabe que hay dos quinasas activadoras principales de p38α, MKK3 y MKK6. Además, existe un mecanismo de activación de p38α independiente de las MKK que implica a la proteína quinasa activada por el factor de crecimiento transformante 1 (TAK1) (TAB) (Ge et al., 2002). La activación de p38α puede lograrse por autofosforilación tras la interacción con TAB1. También se sugiere que p38 regula negativamente la señalización de TAK1 mediante la fosforilación de TAB1 (Cheung et al., 2003). Aguas abajo de la señalización de TAK1 se encuentra IKK, que sirve como paso esencial de activación de la quinasa Tpl2 y sus objetivos aguas abajo, MEK1 y ERK (Waterfield et al., 2004). Por lo tanto, la inhibición de p38 da lugar a la regulación al alza de TAK1, que conduce a la activación de ERK. Esto explica por qué la activación de ERK se observa con frecuencia en células tratadas con inhibidores de p38α. Este hallazgo pone de manifiesto la necesidad de comprender la posible diafonía no lineal entre las vías de señalización de las cinasas. Aparte de TAK1, otras quinasas aguas arriba (MAP3K) también están implicadas en la activación de p38α y su vecina cercana, JNK. También contribuyen al proceso de activación pequeñas proteínas de unión a GTP como Rac1 y Cdc42 y su interacción con PAK (p21-activated kinases) y MLK1.
Los sustratos aguas abajo de las p38 MAP kinases son MAPKAPK2 (Kotlyarov et al., 2002) y MAPKAPK3 (McLaughlin et al., 1996), que fosforilan diversos sustratos, como la pequeña proteína de choque térmico 27 (HSP27), la proteína específica de los linfocitos 1 (LSP1), la proteína de unión al elemento de respuesta al AMPc (CREB), el factor de transcripción (ATF1), el SRF y la tirosina hidroxilasa. De especial interés es el sustrato de MAPKAPK2 tritetraprolina, una proteína que desestabiliza el ARNm (Tchen et al., 2004). MNK es otro sustrato de p38 que parece estar implicado en la iniciación de la traducción, ya que fosforila a eIF-4E (Waskewicz et al., 1997). Además, se sabe que la cinasa activada por p38 (PRAK) y la proteína cinasa activada por mitógenos y estrés (MSK1) también son activadas por p38α, aunque MSK1 también es activada por ERK (Deak et al., 1998). No es de extrañar que haya un gran número de factores de transcripción que son regulados por p38 (revisado en Zarubin y Han, 2005). Algunos ejemplos son los factores de transcripción activadores 1, 2 y 6, la proteína accesoria SRF (Sap1), GADD153, p53, c/EBPb, el factor potenciador de miocitos 2C (MEF2C), MEF2A, DIT3, ELK1, NFAT y la proteína de caja de grupo de alta movilidad (HBP1). También se ha demostrado que otras proteínas no relacionadas, como la cPLA1, la isoforma-1 del intercambiador Na+/H+ (NHE-1), la tau, la queratina 8 y la estatmina, son sustratos de la p38α.
El mecanismo por el que los inhibidores de la p38 MAP quinasa suprimen la expresión de citoquinas inflamatorias ha sido esquivo. La expresión de los genes inflamatorios está altamente regulada tanto a nivel transcripcional como post-transcripcional. Los primeros estudios que examinaron los efectos de los inhibidores de la p38 en los monocitos humanos sugirieron que la regulación de la biosíntesis de citoquinas inflamatorias (principalmente IL-1 y TNF) se producía a nivel postranscripcional. Posteriormente, se hizo evidente que la estabilidad del ARNm puede verse influida negativamente por la inhibición de la vía p38 (Frevel et al., 2003). Esta observación hizo que otros estudios mostraran que otras proteínas de la respuesta inflamatoria, como la COX-2, se veían afectadas de forma similar (Lasa et al., 2000). Otros ARNm que son estabilizados por p38 son MIP-1a, gm-CSF, VEGF y MMP-1 y -3 (Dean et al., 2004). Curiosamente, la MAPKAPK-2, un sustrato de la p38, también participa en la estabilización del ARNm por la p38. Las formas catalíticamente activas de MAPKAPK-2 estabilizan el ARNm reportero, mientras que la MAPKAPK-2 dominantemente negativa bloquea su expresión (Winzen et al., 1999).
Una característica común de los rasgos estructurales que influyen en la estabilidad del ARNm es el motivo rico en AU en el 3′UTR extendido. Este motivo fue descrito por primera vez por Shaw y Kamen (1986). Hay tres clases distintas de estos elementos ricos en AU (AREs): una contiene un pequeño número de AREs (como c-Fos), la segunda contiene un mayor número de AREs que poseen múltiples pentámeros (como TNFα, COX-2, etc.), y la tercera clase contiene AREs que carecen de los pentámeros, pero que contienen regiones ricas en U. Los AREs se dirigen al ARNm para su rápida deadenilación en las células. En general, las AREs reguladas por p38 tienen motivos estructurales similares con múltiples pentámeros superpuestos en los 3′UTRs. Sin embargo, hay excepciones, como la MMP-1 y -3 (Reunanen et al., 2002) y la tristetraprolina (Mahtani et al., 2001, Tchen et al., 2004), ARNm que contienen al menos un pentámero y secuencias ricas en U. El mecanismo preciso por el que p38 regula la estabilidad del ARNm sigue sin estar claro. Se cree que la cinasa descendente MAPKAPK-2 está implicada, así como una proteína de unión a ARE elusiva. Hay varios candidatos (Dean et al., 2004), pero ninguno cumple todos los criterios para ser la proteína que une las vías de p38 y el ARNm que contiene ARE. De ellas, la tristetraprolina es una posibilidad interesante, aunque sirve principalmente como «interruptor de apagado» en la estabilización del ARNm.
Un gran número de datos procedentes de estudios preclínicos indican un papel central de la p38 en las respuestas inmunológicas e inflamatorias (Dong et al., 2002; Kracht y Saklatvala, 2002; Kumar et al., 2003). Ahora se sabe que la vía p38 se activa selectivamente en las células T efectoras Th1 en respuesta a la IL-12 y la IL-18. La producción de citoquinas Th1, como el interferón gamma, es inhibida por los inhibidores de p38, mientras que la producción de IL-4, una citoquina Th2, no lo es. En los macrófagos, varias citoquinas inflamatorias -como el TNF, la IL-1, la IL-6 y la IL-8- se regulan a través de las vías p38. El fibroblasto de embrión de ratón knock-out de MKK3 responde al TNF, pero no a la IL-1, a los rayos UV o al sorbitol, lo que indica un papel de MKK3 en la acción del TNF, pero no de la IL-1. Sin embargo, en los fibroblastos de embrión de ratón knock-out de p38α, la producción de IL-6 inducida por IL-1 se ve gravemente comprometida. Estos datos sugieren que diferentes ligandos provocarán la función de diferentes quinasas en la vía p38. Junto con una gran cantidad de pruebas genéticas y farmacológicas in vivo, estos resultados apoyan a la p38 como un objetivo válido, cuya inhibición podría proporcionar un beneficio terapéutico en una variedad de enfermedades inflamatorias, particularmente la artritis reumatoide (Foster et al., 2000). Otras posibilidades de intervención farmacológica son la hipertrofia cardíaca, la enfermedad de Alzheimer, las lesiones vasculares, la psoriasis y la enfermedad inflamatoria intestinal.