Furina

Las convertasas ubicuas Furina, PC7 y SKI-1/S1P

La furina, una proteína de membrana ubicua, se produce inicialmente como un precursor ∼104-kDa y se convierte rápidamente en una forma activa ∼98-kDa. Esta escisión autocatalítica, que se produce en el RE, es un requisito previo para la salida de las moléculas maduras de furina del RE al TGN y a la superficie celular. La furina y la PC5/6 parecen mostrar una redundancia parcial de su selectividad de escisión in vitro de una serie de sustratos y una sensibilidad a ciertos inhibidores modificados de la serpina, como la α1-PDX o sus prosegmentos (Fig. 6). En la Tabla 1 se ejemplifican los diversos tipos de proteínas secretadas constitutivamente y procesadas por las convertasas tipo furina. En el sistema nervioso central, la furina es responsable del procesamiento de una serie de factores de crecimiento, incluyendo las neurotrofinas factor de crecimiento pro-nervioso (NGF) y factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF), así como proteínas de adhesión celular neural y de señalización como L1-CAM y semaforinas.

La inactivación del gen de la furina (Fur) en ratones es letal y la muerte se produce en el día embrionario 10,5-11 (E10,5-E11) debido a una insuficiencia hemodinámica y a defectos de cierre ventral cardíaco. Los embriones mutantes no desarrollan grandes vasos a pesar de la presencia de precursores de células endoteliales. Se ha demostrado que el factor de crecimiento transformante β1 es procesado eficazmente por la furina, y la inactivación de su gen produce un fenotipo similar al de los embriones nulos de furina. Un knockout condicional en hígado, con deleción del exón 2 dependiente de la expresión Cre del transgén Mx1-cre, dio lugar a ratones Furflox/flox Tg(Mx1-cre) viables y casi sin fenotipo. Esto mostró cierta redundancia con otras PC, ya que algunos sustratos típicos de la furina se escindieron en menor medida.

A diferencia de los otros ratones nulos de PC, múltiples estudios en embriones de ratones nulos de PC7 no revelaron ningún fenotipo anormal aparente en condiciones de reposo. Esto puede explicarse por el hecho de que la expresión de PC7 se solapa ampliamente con la de furina. Muchos informes muestran que la PC7 y la furina procesan los mismos sustratos, como el PDGF-AA, el PDGF-BB, el factor de crecimiento endotelial vascular C y la proteína morfogénica ósea. Alternativamente, la convertasa PC7 más conservada puede estar implicada en el procesamiento de un panel de sustratos no esenciales. Sin embargo, el análisis cuidadoso de la PC7 KO en ratones reveló anormalidades conductuales relacionadas con el exceso de dopamina y la pérdida parcial de la activación de proBDNF a BDNF en la amígdala y el hipocampo. Esto incluía la pérdida de ansiedad y memoria emocional, lo que apoya un papel in vivo de la PC7 en la regulación de ciertos tipos de rendimiento cognitivo, en parte a través del procesamiento de pro-BDNF. Los estudios bioquímicos y de GWAS en humanos revelaron que la PC7 es una despojadora del receptor de transferrina unido a la membrana en una forma circulante soluble, lo que subraya el papel de la PC7 en el metabolismo del hierro.

SKI-1/S1P es una enzima clave en la regulación del metabolismo de los lípidos y la homeostasis del colesterol que escinde los factores de transcripción proteínas de unión a elementos reguladores del esterol (SREBP-1 y SREBP-2). Estas últimas se sintetizan como precursores que albergan dos dominios transmembrana separados por un corto bucle luminal del RE y que comprenden dominios citosólicos N- y C-terminales. Estos precursores se escinden de forma dependiente de la proteína activadora de la escisión de SREBP (SCAP) y del gen inducido por la insulina (Insig). Cuando los niveles de colesterol celular son elevados, las proteínas Insig-1 y/o Insig-2, reguladas por la insulina, se unen y retienen el complejo SCAP-SREBP en el RE. Cuando las células se ven privadas de esteroles, las Insigs se separan, permitiendo la transportación del complejo SREBP-SCAP al aparato de Golgi. Allí se produce un proceso proteolítico de dos pasos que comienza con SKI-1/S1P en la secuencia R-X-V-L↓ (Fig. 2) y luego la proteasa de sitio 2 (S2P) libera los segmentos N-terminales citosólicos de las SREBP de las membranas celulares, permitiendo su translocación al núcleo (nSREBP), donde activan la transcripción de más de 35 ARNm que codifican las proteínas/enzimas necesarias para la biosíntesis y captación de colesterol y ácidos grasos insaturados, así como el receptor de lipoproteínas de baja densidad (LDLR).

De forma similar a los SREBP, el factor de transcripción de tipo II anclado al RE y unido a la membrana ATF6 desempeña un papel importante en la respuesta a las proteínas no plegadas. En condiciones normales, se mantiene en el RE por la chaperona BIP, con su dominio de unión al ADN N-terminal de cara al citosol y su extremo COOH en el lumen del RE. La acumulación de proteínas mal plegadas en el RE, que puede ser inducida por el agotamiento del calcio (thapsigargin) o la inhibición de la N-glicosilación (tunicamicina), conduce a una respuesta de estrés del RE que resulta en la disociación de BIP de proATF6. Este último se transloca entonces de manera independiente de SCAP al Golgi, donde primero es escindido por SKI-1 y luego por S2P. Esto libera el dominio N-terminal citosólico, que llega al núcleo (nATF6) para activar los genes diana del estrés del RE.

Otros sustratos de tipo II unidos a la membrana incluyen al menos seis factores de transcripción de cremallera de leucina básica similares a CREB. SKI-1/S1P SKI-1/S1P también desempeñan una función crítica en la biogénesis de los lisosomas, a través de su capacidad para activar la subunidad α/β precursora de la GlcNAc-1-fosfotransferasa, un complejo crítico para la clasificación de muchas hidrolasas en los lisosomas. El BDNF es un sustrato soluble y el estudio de su procesamiento condujo a la clonación inicial de SKI-1. También demostramos que la pro-somatostatina soluble es escindida por SKI-1 para liberar el péptido N-terminal antrina.

Las funciones esenciales desempeñadas por SKI-1/S1P son evidentes por el hecho de que la deleción de su gen provoca la muerte embrionaria en las etapas más tempranas de la división celular (es decir, desde la etapa de una a dos células), impidiendo así la formación del blastocisto. Utilizando ratones knockout específicos de tejido en el hígado, el nivel de colesterol total circulante se redujo en un 50%, lo que subraya su control crítico de la síntesis y captación de colesterol. El silenciamiento de la expresión de SKI-1/S1P, específicamente en los condrocitos (3.6 Col1-Cre), dio lugar a una grave parálisis de las extremidades inferiores, una cola acortada y vértebras lumbares adicionales. Por el contrario, se desveló la existencia de una interacción entre el hueso y el músculo cuando se silenció SKI-1/S1P en los osteocitos, ya que esto dio lugar a la estimulación de la regeneración del músculo sóleo y al aumento del tamaño y la fuerza muscular contráctil con la edad. La importancia crítica de esta enzima en el sistema nervioso central se hizo evidente a partir de un estudio del procesamiento de la molécula de guía repulsiva (RGMa) por SKI-1/S1P y furina, revelando su implicación en el crecimiento axonal, y que la escisión de RGMa es esencial para la inhibición del crecimiento exterior mediada por neogenina. El gen SKI-1/S1P (MBTPS1) no se ha encontrado polimórfico y hasta ahora no se ha identificado ninguna variación polimórfica de un solo nucleótido que pudiera estar asociada genéticamente con una patología conocida, lo que probablemente enfatiza la necesidad de eliminar más del 80% de su actividad antes de que se vea algún fenotipo, y la letalidad asociada con su pérdida completa de función.