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TEMA 3_3 SENSORES DE AMINOÁCIDOS - m-TORC1 Sistema GCN2/ATF4 Otros sensores: proteínas de la familia FOS/JUN, receptores acoplados a proteínas g Antes de entrar en esos sistemas que controlan la expresión génica en función a la disponibilidad de aa de la célula. Los aminoácidos tienen mucha importan...

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TEMA 3_3 SENSORES DE AMINOÁCIDOS -

m-TORC1 Sistema GCN2/ATF4 Otros sensores: proteínas de la familia FOS/JUN, receptores acoplados a proteínas g

Antes de entrar en esos sistemas que controlan la expresión génica en función a la disponibilidad de aa de la célula. Los aminoácidos tienen mucha importancia ya que los 21 aminoácidos forman proteínas. Pero tienen además muchas otras funciones, como por ejemplo que se pueden oxidar y dar mucha energía, tanta como los carbohidratos. También tienen importancia porque de alguna manera pueden servir como precursores de hormonas, neurotransmisores, poliaminas, etc. También sirven para reacciones anapleróticas y dar intermediarios del ciclo de krebs, por lo que tiene importancia en GNG. Son donadores de dar 1C, por lo que pueden metilar. Derivando de la idea principal de dar proteínas, si hace todas esas funciones “se gastan”, por lo que la dieta los irá renovando. La dieta también los puede sintetizar a partir de una fuente de N y otra de C. Hay aminoácidos que no se pueden sintetizar, son los llamados esenciales. Los demás son no esenciales, o semi, es decir, únicamente en función de la situación. Hay algunos que en función de la circunstancia actúan como esenciales. Juegan papeles muy importantes, y por eso deducimos que le cuerpo tiene que regularlo, y tener sensores para que las células sepan que tienen suficientes (y en equilibrio) aa para sintetizar las proteínas que necesitan en cada momento. m-TORC1 mTOR: quinasa codificada por el gen mTOR. mTORC y mTORC2: son complejos en los que participa mTOR siendo la subunidad catalítica. Es un complejo constituido por una quinasa que se la conoce por m-TORC1 (serina threonina quinasa): fosforilará para pasar el mensaje al siguiente compuesto de cascada. También forma complejos: m-TORC1 (controla síntesis de proteínas) y m-TORC2 (no lo veremos, no es sensor de aminoácidos).

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mTORC1: compuesto por mTOR (subunidad catalítica) + raptor (andamio que permite a mTOR interaccionar con su activador), deptor y pras40 (inhibidores), mientras que mlst no se sabe. mTORC 1 cuando se activa, activa a 4EBP y p70S6K que activan la traducción de proteínas, y a su vez reprime el ulk1 que reprime autofagia. Cuando mtor1 este inhibido, no habrá síntesis de proteínas, y habrá autofagia, por lo que se degradan proteínas. Este balance evita que haya pérdidas, no puede haber síntesis y degradación a la vez. La p70S6K activa SREBPs que sintetiza lípidos.

Para hacer esta función, necesita que la active a la proteína G monomérica Rheb, que se encuentra en la membrana de lisosomas, por lo que mTOR para poder hacer síntesis proteica, tiene que encontrarse con esta Rheb. Como que es una proteína G monomérica, para poder activar a mtorc1, Rheb necesita estar con GTP. GTP+Rheb  mTORC1 activado Quien activa a Rheb no se sabe, pero sí quien lo controla  TSC. TSC tiene actividad GTPasa, y hace que por Rheb, convierta a GTP en GDP y no active a mTORC1. Para que la síntesis de proteínas esté activa, tendrá que tener aminoácidos, energía, señales de que se active esta síntesis, y que la célula esté en muy buenas condiciones. La activación de mtorc1, se tiene que hacer cuando la célula esté en condiciones óptimas. La capacidad de integrar estas condiciones es el TSC, ya que actuaría como un sistema capaz de definir el estado en el que se encuentra la célula. Cuando haya buenas condiciones, TSC estará inhibido, y mTORC1 se activará. TSC crucial en las vías metabólicas.

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Aquí se ve lo mismo. Este TSC es muy importante para entrar las señales, ya que la célula necesita saber antes de ponerse a sintetizar, si va a ser capaz de hacerlo. Una de las cosas que modula la actividad de TSC son los factores de crecimiento, y el TSC puede actuar como componente de cascada de estos factores. La AKT tiene la posibilidad de fosforilar y pasar mensajes. La AKT estará activa cuando llegue insulina u otros factores de crecimiento, fosofirlará a TSC, que se inhibirá, y permitirá a mTORC activarse y sintetizar proteínas. Este TSC es un mecanismo donde llegan señales y hacen que esté activo o inactivo. Los daños en el DNA, la hipoxia, etc, activan a la AMPK, quinasa que se activa cuando en la célula no hay energía. Esta AMPK también fosforila a TSC, pero esta vez en una posición diferente, induciendo esta vez que se active, y por tanto reprima la actividad de mTORC1 y no sintetice proteínas, ya que como no tiene buenas condiciones la célula, no queremos que haya síntesis proteica. PIE DE FOTO: MECANIMOS DE ACTIVACION DEL COMPLEJO 1 DE LA PROTEÍNA QUINASA DEPENDIENTE DE RAPAMICINA EN MAMÍFERO (mTOR), mTORC-1 puede ser activado por hormonas, factores de crecimiento y nutrientes. 4E-BP1: proteína de unión al factor eIF-4E; AKT es una proteína quinasa; AMPK: proteína quinasa activada por AMP; Deptor: proteína que interactúa con mTOR que contiene dominio DEP. Además de que la célula reciba señales y energía, necesitamos saber si hay aminoácidos libres o no. Eso lo hace mTORC1, habrán activadores e inhibidores que controlaran esa señal. mTORC1 para activarse necesita interaccionar con Rheb, y como este está en el lisosoma, mTORC1 tendrá que ir hacia allá, y ese “viaje”, se cree que esta guiado por aa libres. Por lo que tiene que tener conocimiento de si hay o no. mTORC1 se unirá mediante el Raptor a la membrana del lisosoma. Interacciona con proteínas G monoméricas (esta será para saber si hay aa libres o no): Rag. Está en la membrana del lisosoma. mTORC1 interacciona con Rag gracias a raptor . Para funcionar necesitaran estar como heterodímeros, fenómeno extraño, por eso hay 4 isoformas a,b,c,d. Para ser funcional una A o una B tiene que estar unida con una C o una D.

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A/B necesita estar unida a GTP y C/D necesita estar unida a GDP para estar activa. Cuando no hay aa, el estado de GDP y GTP del dímero cambia (segunda imagen), y entonces mTORC no estará en la membrana, sino que se quedará en el citosol. Y el hecho de estar en la membrana, querrá decir que hay aa libres o no. Los aa libres modulan estas Rag con los balances de GTP o GDP. Además el sensor es gracias a:

Se ve un estado activo. Las Rag están unidas a las membranas del lisosoma por un complejo llamado ragulator. Éste tiene la característica de que actúa como Gef (GDP  GTP) de Rag A o B. Esto provoca que el GDP pase a GTP. El GTP está controlado por la ATP vacuolar y el transportador SLC39AP (transportador de aa). La V-ATPasa y el transportador son capaces de notar los aa libres del lumen, y el transportador notaría los restantes. Cuando haya aa en el lumen, por mecanismos que aun no se saben, tanto V-ATPasa y transportador activan a regulator, actúa como GEF y hace salir a GDP para ser GTP. mTORC1 necesita aa para acabarse de activar, pero solo aa que están dentro del lisosoma celular. Cuando el sistema mTORC1 esté activo, en algún momento tenemos que pasar a no funcional para dejar de sintetizar. ¿Cómo? Cuando Rag A/ B pasen de GTP a GDP, y C/D pasen de GDP a GTP. Esto lo hace Gator 1, que tiene actividad GTPasa cobre Rag A/B. Gator 1 está controlado por Gator 2, el cual reprime Gator 1  si Gator 2 está reprimiendo Gator 1, continúa la síntesis proteica,; y viceversa. ¿Cómo está controlada la interacción Gator 1-2? Por aminoácidos. Los aminoácidos no solo controlan que se active mTORC 1, sino que la falta de aa controla la desactivación de este sistema de Gator. 4

Hay GTPasas (Gap) que modulan el Rag C o D, para hidrolizar el GTP y pasarlo a GDP que es lo que ellos necesitan. Las GTPasas son el FLCN, y Leurs, carga leucinas al RNA de transferencia. Cuando hay leucina disponible, tiene actividad GTPasa. Las sestrinas son sensores de leucina, y lo que hacen es controlar la interacción de GATOR 1 y 2, por lo que cuando hay leucina, las sesrinas bloquean la formación de complejo GATOR 1 y 2, no interaccionan, por lo que el sistema se inactiva. Castor es otro sistema que también reconoce aa, básicamente la Arg. Actúa de forma similar a sestrinas  si no hay arginina, permite a GATOR 1 y GATOR 2 interaccionar.

Este es el sistema que se ha explicado paso a paso en los puntos anteriores. Tanto la activación como inactivación está controlada por aa.

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Aquí se ve el sistema de nuevo sin activadores.

SISTEMA GCN2/ATF4 Gcn2: general control non-desrepresible 2 Atf4: activating transcription factor 4

Gcn2 es una quinasa que se activa cuando se les une RNA de transferencia vacío, sin aminoácidos. Esta proteínas quinasa fosforila a eiF-2, que es un iniciador, es una proteína G 6

monomérica que se activa por GTP, GDP… Cuando se fosforila se inhibe la síntesis de proteínas. (El grafico está mal, la flecha de eiF-2 no inhibe globalmente la síntesis, solo lo hace cuando está fosforilado, viene la flecha del otro lado). Esta quinasa se activa cuando se le une cualquier RNA de transferencia, por eso puede detectar que falta cualquier aa, por lo que no solo noto el déficit, sino también los desequilibrios. Además de inhibir la síntesis, traduce preferentemente los genes que contienen UORF (upstream open reading frame). Uno de los genes que tiene estas estructuras es el ATF 4: un factor de transcripción. Activa la transcripción de determinados genes que permiten a la célula recuperar el pool de aminoácidos. Como:

Cuando se activa, lo que se quiere es volver a tener ese aminoácido que nos falta.

Aquí hay representado el factor de transcripción ATF4, vemos su RNAm, con dos UORF. En su RNAm tiene una zona que codifica para la proteína en cuestión, cuando hay muchos aa en la célula se produce que las unidades de reconocimiento de los ribosomas hacen que la traducción empiece en la upstream 1 y 2, determinan que la parte que codifica para ATF-2 no se traduzca.

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Cuando faltan aa, lo que es produce es que le factor de iniciación 2 se fosforila y se produce que el ribosoma es capaz de detectar UORF, la proteína se empieza a fabricar porque el ribosoma se ha unido a la parte correcta, quiere decir, que en estas condiciones se expresa ATF-4. Mientras si hay muchas proteínas la ATF-4 no se producirá, ATF-4 tiene la característica que tiene como diana genes que controlan el metabolismo de aa, los factores de iniciación 2. También se pueden ser forforilado por otras quinasas relacionadas con el estrés RE, pero también tendrá como diana otros genes de otros procesos Cuando falta aa, se transcribe atf4. Sus genes diana son genes de metabolismo de aminoácidos, por eso cuando se activa se sintetizan aa. Se ven genes que son diana de ATF4. No todos participan en el metabolismo de aminoácidos. En función del estrés se activará un gen u otro.

Un trozo de la secuencia c/EBP es donde se uniría el ATF4, aunque para ser realmente activo tiene que dimerizar con otro factor de transcripción. ATF4 en función de con quien dimerice, se activa un gen de metabolismo aminoácidos, o se activa un gen contra el estrés del RE.

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ATF4 además de tener como diana genes que hacen función, tiene como diana otros factores de transcripción. Cuando se activa atf4 no solo se activan genes, sino otros factores de transcripción, que a su vez tendrán efecto. Interaccionan con atf4 haciendo que ya no sea tan activo  feedback negativo. Se ve representada en la parte derecha lo que pasa con la aspargina 4. Hay una línea recta cuando la célula tiene todos los aa, aunque cuando falta alguno se da la situación de la línea curva, en la que este gen se activa muchísimo. Pero esta activación no puede ser siempre activa, una vez ha llegado al máximo se reprime. Tiene como consecuencia los efectos que hace atf4 sobre el resto de factores de transcripción. Otros sensores de aminoácidos Son factores de transcripción que se activan en cascadas de factores de crecimiento, en las que también interviene MAPK. Estos factores cuando hay falta de aa aumentan, y hacen efecto porque puede que estabilicen ATF4, pero aun no se sabe. Se han encontrado receptores acoplado a proteína G en los que su ligando son aa. Se conocen muy poquitos, uno de ellos son los del intestino, y podría regular la ingesta.

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