Furin

The Ubiquitous Convertases Furin, PC7 e SKI-1/S1P

Furin, uma proteína de membrana ubíqua, é inicialmente produzida como um precursor ∼104-kDa e é rapidamente convertida em uma forma ∼104-kDa ativa. Esta clivagem autocatalítica, que ocorre no ER, é um pré-requisito para a saída de moléculas maduras de furina do ER para o TGN e superfície celular. Furina e PC5/6 parecem exibir redundância parcial de sua seletividade de clivagem in vitro de vários substratos e sensibilidade a certos inibidores de serpentina modificados, tais como α1-PDX ou seus prosegmentos (Fig. 6). Os variados tipos de proteínas secretadas constitutivamente processadas pelas convertidas em forma de pele são exemplificados na Tabela 1. No sistema nervoso central, a furina é responsável pelo processamento de vários fatores de crescimento, incluindo o fator de crescimento neurotrofínico pro-nervoso (NGF) e o fator neurotrófico derivado do cérebro (BDNF), assim como as proteínas de adesão celular neural e as proteínas de taco, como L1-CAM e semaforinas.

Ativação do gene furin (Fur) em camundongos é letal com morte ocorrendo no dia embrionário 10,5-11 (E10,5-E11) devido a insuficiência hemodinâmica e defeitos no fechamento ventral cardíaco. Embriões mutantes não desenvolveram grandes vasos, apesar da presença de precursores de células endoteliais. O fator de crescimento transformador β1 demonstrou ser processado eficientemente pela furina, e a inativação de seu gene produz um fenótipo semelhante ao dos embriões nulos de furina. Um nocaute condicional no fígado, com deleção do exon 2 dependente da expressão Cre do transgene Mx1-cre, resultou em ratos Furflox/flox Tg(Mx1-cre) viáveis com quase nenhum fenótipo. Isto mostrou alguma redundância com outros PCs, uma vez que alguns substratos típicos de pele foram clivados em menor extensão.

Diferente dos outros PCs ratos nulos, estudos múltiplos com embriões de PC7 nulos não revelaram nenhum fenótipo anormal aparente sob condições de repouso. Isto pode ser explicado pelo fato da expressão do PC7 se sobrepor extensivamente à do furin. Muitos relatos mostram que PC7 e furina processam os mesmos substratos, como PDGF-AA, PDGF-BB, fator de crescimento endotelial vascular C, e proteína morfogênica óssea. Alternativamente, a convertase PC7 mais conservada pode estar envolvida no processamento de um painel de substratos não essenciais. Entretanto, a análise cuidadosa da KO PC7 em camundongos revelou anormalidades comportamentais relacionadas ao excesso de dopamina e perda parcial da ativação proBDNF para BDNF na amígdala e hipocampo. Estas incluem perda de ansiedade e memória emocional, apoiando um papel in vivo do PC7 na regulação de certos tipos de desempenho cognitivo, em parte através do processamento pró-BDNF. Estudos de GWAS humano e bioquímicos revelaram que o PC7 é uma descamação do receptor de transferrina ligado à membrana em uma forma de circulação solúvel, enfatizando o papel do PC7 no metabolismo do ferro.

SKI-1/S1P é uma enzima chave na regulação do metabolismo lipídico e homeostase do colesterol que clivam os fatores de transcrição das proteínas de ligação do elemento regulador do esterol (SREBP-1 e SREBP-2). Estes últimos são sintetizados como precursores que abrigam dois domínios trans-membrana separados por um pequeno laço luminal de ER e que compreendem os domínios citosólicos N- e C-terminal. Esses precursores são clivados de forma dependente da proteína ativadora da clivagem SREBP (SCAP) e do gene induzido pela insulina (Insig). Quando os níveis celulares de colesterol estão altos, as proteínas insulino-reguladas Insig-1 e/ou Insig-2 ligam-se e retêm o complexo SCAP-SREBP no ER. Quando as células são privadas de esteróis, o Insigs separa, permitindo o trans-port do complexo SREBP-SCAP para o aparelho Golgi. Aí, um processo proteolítico de duas etapas, começando com SKI-1/S1P na seqüência R-X-V-L↓ (Fig. 2) e depois a protease local 2 (S2P) libera os segmentos citosólicos N-terminais das SREBP das membranas celulares, permitindo sua translocação para o núcleo (nSREBP), onde ativam a transcrição de mais de 35 mRNAs codificando as proteínas/enzimas necessárias para a biossíntese e absorção de colesterol e ácidos graxos insaturados, bem como o receptor de lipoproteínas de baixa densidade (LDLR).

Similar aos SREBPs, o fator de transcrição de membrana ATF6 tipo II, ancorado em ER, tem um papel importante na resposta protéica desdobrada. Em condições normais, ele é mantido no ER pelo BIP da chaperone, com seu domínio N-terminal de ligação de DNA voltado para o citosol e seu terminal COOH no lúmen do ER. A acumulação de proteínas mal dobradas na ER, que pode ser induzida pelo esgotamento do cálcio (thapsigargin) ou inibição da N-glicosilação (tunicamicina), leva a uma resposta de stress da ER resultando na dissociação da PBI do proATF6. Esta última é então translocada de forma independente do SCAP para o Golgi, onde é clivada primeiro pelo SKI-1 e depois pelo S2P. Isso libera o domínio citosólico N-terminal, que atinge o núcleo (nATF6) para ativar os genes de alvo de tensão ER.

Outros substratos ligados à membrana tipo II incluem pelo menos seis fatores de transcrição leucina básica do tipo CREB. SKI-1/S1P SKI-1/S1P também desempenha uma função crítica na biogénese dos lisossomas, através da sua capacidade de activar o precursor da GlcNAc-1-fosfotransferase, um complexo crítico para a classificação de muitas hidrolases para lisossomas. O BDNF é um substrato solúvel e o estudo do seu processamento levou à clonagem inicial do SKI-1. Também mostramos que a pró-somatostatina solúvel é clivada pela SKI-1 para liberar a antrina peptídeo terminal N.

Os papéis essenciais desempenhados pela SKI-1/S1P são evidentes pelo fato de que a deleção de seu gene resulta em morte embrionária nos estágios iniciais da divisão celular (ou seja, do estágio de uma a duas células), evitando assim a formação de blastocistos. Usando ratos nocturnos específicos de tecidos no fígado, o nível de colesterol total circulante foi reduzido em 50%, enfatizando seu controle crítico da síntese e absorção do colesterol. A expressão silenciosa da SKI-1/S1P, especificamente nos condrócitos (3,6 Col1-Cre), resultou em paralisia grave dos membros inferiores, cauda enrolada e vértebras lombares extras. Em contraste, uma conversa cruzada entre osso e músculo foi desvendada quando o SKI-1/S1P foi silenciado nos osteócitos, uma vez que isso resultou na estimulação da regeneração do músculo solitário e no aumento do tamanho e da força muscular contrátil com a idade. A importância crítica desta enzima no sistema nervoso central ficou evidente a partir de um estudo do processamento da molécula guia repulsiva (RGMa) pelo SKI-1/S1P e furina, revelando o seu envolvimento no crescimento axonal, e que a clivagem da RGMa é essencial para a inibição do crescimento excessivo mediado pela neogenina. O gene SKI-1/S1P (MBTPS1) não foi encontrado polimórfico e até agora não foi identificada uma única variação polimórfica de nucleotídeos que pudesse ser geneticamente associada a uma patologia conhecida, provavelmente enfatizando a necessidade de eliminar mais de 80% de sua atividade antes que qualquer fenótipo seja visto, e letalidade associada à sua completa perda de função.