Proteína quinase activada por mitóxeno

Unha **proteína quinase activada por mitóxeno** (ou **MAP quinase** ou **MAPK** polas súas siglas en inglés) é un tipo de proteína quinase que é específica para os aminoácidos serina e treonina (é dicir, é unha serina/treonina proteína quinase) e actúa sobre determinadas proteínas. As MAPK interveñen nas respostas celulares a un conxunto diverso de estímulos, como os mitóxenos, estrés osmótico, shock térmico e citrocinas proinflamatorias. Regulan funcións celulares como a proliferación celular, expresión xénica, diferenciación celular, mitose, supervivencia celular e apoptose.

As quinases MAP encóntranse só en eucariotas, pero son moi diversas e encóntranse en animais, fungos e plantas e tamén en moitos eucariotas unicelulares.

As MAPK pertencen ao grupo de quinases CMGC (CDK/MAPK/GSK3/CLK). As proteínas máis relacionadas coas MAPK son as quinases dependentes de ciclinas (CDK).

## Descubrimento 
A primeira proteína quinase activada por mitóxeno que se descubriu foi ERK1 (MAPK3) en mamíferos. Como ERK1 e a moi relacionada ERK2 (MAPK1) estaban ambas implicadas na sinalización de factores de crecemento, a familia foi denominada "activada por mitóxeno". Co descubrimento doutros membros, incluso en organismos moi afastados, como as plantas, quedou cada vez máis claro que o nome escollido era pouco axeitado, xa que a maioría das MAPK en realidade interveñen na resposta a danos potenciais, estímulos de estreses abióticos (hiperosmose, estrés oxidativo, danos no ADN, baixa osmolaridade, infección etc.). Como as plantas non poden "escapar fuxindo" dos estreses, as plantas terrestres están entre os organismos con maior número de xenes de MAPK. Por tanto, o papel das quinases de mamíferos ERK1/2 como reguladores da proliferación celular non indica unha función xenérica, senón moi especializada, aínda que se mantén o nome MAPK para esta familia.

## Tipos 
A maioría das MAPK comparten varias características, como a súa activación dependente de dous eventos de fosforilación, unha vía de actuación de tres pasos e uns sitios de recoñecemento de substrato similares. Estas son as MAPK "clásicas". Pero hai tamén algunhas antigas quinases raras dentro deste grupo, que non teñen sitios de fosforilación dual, só teñen vías de dous pasos, e carecen das características requiridas por outras MAPK para a unión ao substrato. Estas quinases raras denomínanse MAPK "atípicas". Non está aínda claro se as MAPK atípicas deberían clasificarse nun grupo propio diferente das clásicas.

## Activación 
miniatura|A estrutura de raios X da ERK2 MAP quinase na súa forma activa. Os residuos fosforilados móstranse en vermello. Baseado en .
As MAPK son cataliticamente inactivas na súa forma básica. Para facerse activas necesitan que se produzan fosforilacións (xeralmente múltiples) nos seus bucles de activación. Estas fosforilacións realízanas encimas especializados do grupo das proteína quinases STE.

Nas MAPK quinases clásicas, o bucle de activación contén un motivo característico TxY (treonina-x-tirosina), que é TEY (treonina-ácido glutámico-tirosina) na ERK1 e ERK2 de mamíferos, TDY (treonina-ácido aspártico-tirosina) na ERK5, TPY (treonina-prolina-tirosina) nas JNK, e TGY (treonina-glicina-tirosina) en quinases p38, que teñen que ser fosforilados tanto en residuos de treonina coma de tirosina para que o dominio de quinase se peche nunha conformación cataliticamente competente. In vivo e in vitro, a fosforilación da tirosina ás veces precede á da treonina, aínda que a fosforilación en calquera dos residuos pode ocorrer en ausencia do outro.

Esta fosforilación do bucle de activación en tándem (que se propuxo que era ou ben distributiva ou ben procesiva, dependendo do ambiente celular) realízana membros da familia das proteína quinases Ste7, tamén coñecidas como MAP2K (son quinases doutra quinase). As MAP2 quinases, á súa vez, son tamén activadas por fosforilación por varias serina/treonina quinases situadas *augas arriba* da ruta (as MAP3K, que son quinases doutra quinase, á súa vez, doutra quinase). Como as MAP2 quinases mostran moi pouca actividade sobre substratos que non sexan as súas MAPK específicas, as vías da MAPK clásicas forman vías de múltiples pasos pero relativamente lineais. Estas vías poden efectivamente transmitir estímulos desde a membrana plasmática (onde son activadas moitas MAP3K) ao núcleo (onde só poden entrar as MAPK) ou a moitos outros destinos subcelulares.

En comparación coas vías de tres pasos ou  banzos das MAPK clásicas, algunhas MAPK atípicas parecen ter un sistema máis antigo que funciona en dous pasos. A ERK3 (MAPK6) e ERK4 (MAPK4) son fosforiladas directamente e, por tanto, activadas por quinases PAK (relacionadas con outras MAP3K). A diferenza das MAP quinases clásicas, estas MAPK atípicas requiren que se fosforile só un único residuo nos seus bucles de activación. Os detalles da activación de NLK e ERK7 (MAPK15) aínda non se coñecen ben.

A inactivación das MAPK realízana diversas fosfatases. Unha familia moi conservada de fosfatases é a das denominadas MAP quinase fosfatases (MKPs), un subgrupo de fosfatases de especificidade dual (DUSP). Como o seu nome indica, estes encimas poden hidrolizar o fosfato de residuos de fosfotirosina ou de fosfotreonina. Como a retirada destes grupos fosfato reduce moito a actividade das MAPK, practicamente eliminando a súa sinalización, algunhas tirosina fosfatases están tamén implicadas na inactivación das MAPK (por exemplo as fosfatases HePTP, STEP e PTPRR de mamíferos).

## Fervenzas de sinalización 
miniatura|Exemplo do funcionamento das MAP3 quinases: o ciclo de activación das poteínas Raf de mamíferos (diagrama moi simplificado).

As MAPK forman normalmente vías de moitos pasos, que reciben sinais a varios niveis por encima da MAP quinase. A diferenza do relativamente simple mecanismo de activación dependente da fosforilación das MAPK e MAP2K, as MAP3K teñen unha regulación sorprendentemente máis complexa. Moitas das MAP3K mellor coñecidas, como c-Raf, MEKK4 ou MLK3 requiren múltiples pasos para a súa activación. Son encimas normalmente controlados alostericamente, moi estabilizados en estado inactivo por moitos mecanismos. O primeiro paso na ruta da súa activación é liberalos da súa autoinhibición por un ligando máis pequeno (como Ras para a quinase c-Raf, ou GADD45 para a MEKK4 ou Cdc42 para a MLK3). Isto ocorre xeralmente (pero non sempre) na membrana da célula, onde se unen a maioría dos seus activadores (nótese que pequenas proteínas G están asociadas á membrana constitutivamente debido á súa prenilación). Este paso vai seguido por unha homo- e heterodimerización dos seus agora accesibles dominios quinase. Estruturas complexas determinadas recentemente revelaron que os dímeros se forman cunha orientación que deixa libres ambas as rexións de unión ao substrato. Outro dato importante é que esta dimerización tamén forza a que estes dominios da MAP3K adopten unha conformación parcialmente activa. Só chegan a ter unha actividade completa unha vez que estes dímeros se transfosforilan entre si nos seus bucles de activación. O último paso pode tamén conseguirse ou ser favorecido por proteína quinases auxiliares (MAP4 quinases, membros da familia Ste20). Unha vez que unha MAP3 quinase está totalmente activa, pode fosforilar o seu substrato, que é unha MAP2 quinase, que á súa vez fosforilará ao seu substrato, que é unha MAP quinase. Por tanto, nesta fervenza de activación actúan en cadea unha *quinase da quinase da quinase* (MAP3K), seguida dunha *quinase da quinase* (MAP2K), e finalmente a *quinase* activada (MAPK).

### En animais 
miniatura|Diagrama global simplificado das vías MAPK en mamíferos, organizadas en tres módulos principais de sinalización (ERK1/2, JNK/p38 e ERK5).

A vía ERK1/2 dos mamíferos é probablemente a máis caracterísitca do sistema MAPK. Os activadores de augas arriba máis importantes desta vía son as proteínas  Raf (A-Raf, B-Raf ou c-Raf), que son os mediadores clave da resposta a factores de crecemento (EGF, FGF, PDGF etc.); pero outras MAP3K como c-Mos e Tpl2/Cot poden tamén desempeñar a mesma función. Estes tres encimas fosforilan e activan as quinases MKK1 e/ou MKK2, que son activadores moi específicos para ERK1 e ERK2. Este último fosforila varios substratos importantes para a proliferación celular, progresión do ciclo celular, mitose e diferenciación celular (RSK quinases, factores de transcrición Elk-1 etc.)

A diferenza da relativamente ben illada vía ERK1/2, as quinases p38 e JNK de mamíferos comparten a maioría dos seus activadores a nivel da MAP3K (MEKK1, MEKK4, ASK1, TAK1, MLK3, TAOK1 etc.). Ademais, algúns encimas MAP2K poden activar tanto  p38 coma JNK (MKK4), mentres que outras son máis específicas para JNK (MKK7) ou para p38 (MKK3 e MKK6). Debido a estas interconexións, hai moi poucos ou ningún estímulos que poidan provocar a activación de JNK sen activar tamén simultaneamente p38 ou ao revés. Tanto as vías de sinalización de JNK coma a de p38 son responsables de responder aos estímulos de estrés, como citocinas, irradiación ultravioleta, shock térmico e shock osmótico, e están implicadas na adaptación ao estrés, apoptose ou diferenciación celular. As JNK teñen varios substratos específicos que só elas poden fosforilar (c-Jun, NFAT4 etc.), mentres que as p38 teñen tamén dianas exclusivas (por exemplo as MAPKAP quinases MK2 e MK3), polo que cómpren ambas para responder axeitadamente aos estímulos de estrés.

ERK5 forma parte dunha vía bastante ben diferenciada en mamíferos. O seu único activador específico augas arriba é MKK5, que se activa en resposta ás MAP3 quinases MEKK2 e MEKK3. A especificidade destas interaccións débese á arquitectura especial das MKK5 e MEKK2/3, que conteñen ambas dominios N-terminais PB1, que permiten a heterodimerización directa entre elas. O dominio PB1 de MKK5 tamén contribúe á interacción ERK5-MKK5: proporciona unha interface especial (ademais do motivo D que se atopa na MKK5) por medio do cal MKK5 pode recoñecer especificamente o seu substrato ERK5. Aínda que os detalles a nivel molecular son pouco coñecidos, MEKK2 e MEKK3 responden a certos sinais de desenvolvemento para dirixir a formación de endotelios e a morfoxénese cardíaca. Aínda que tamén están implicadas no desenvolvemento cerebral, a letalidade embrional da inactivación de ERK5 debido a anormalidades cardíacas subliña o seu papel central na vasculoxénese de mamíferos. É notable que o knockout condicional de ERK5 en animais adultos é tamén letal, debido á unha estendida alteración das barreiras endoteliais. As mutacións nos compoñentes de augas arriba da vía ERK5 (o complexo CCM) crese que están detrás das malformacións cavernosas cerebrais en humanos.

### En fungos 
miniatura|Diagrama global da vía MAPK en lévedos. Os compoñentes non canónicos dos cinco módulos coñecidos (vías do apareamento, filamentación, hiperosmose, integridade da parede celular, esporulación) están coloreados en azul.

As vías MAPK dos fungos foron ben estudadas. En lévedos, a MAPK Fus3 é responsable da parada do ciclo celular e apareamento en resposta á estimulación por feromonas. A feromona factor-alfa é percibida por un receptor sete transmembrana. O recrutamento e activación dos compoñentes da vía Fus3 depende estritamente da activación da proteína G heterotrimérica. A vía MAPK do apareamento consta de tres pasos (Ste11-Ste7-Fus3), pero as MAP2 e MAP3 quinases que interveñen están compartidas con outra vía, a Kss1 ou vía do crecemento filamentoso. Aínda que Fus3 e Kss1 son quinases de tipo ERK estreitamente relacionadas, as células de lévedos poden activalas separadamente, coa axuda dunha proteína armazón Ste5 que é recrutada selectivamente polas proteínas G da vía do apareamento. O truco é que Ste5 pode asociarse con e "abrir" Fus3 para a súa fosforilación por Ste7 nun complexo terciario, mentres que non fai o mesmo para Kss1, deixando que a vía do crecemento filamentoso sexa activada só en ausencia de recrutamento de Ste5.

Os fungos tamén teñen unha vía que lembra a sinalización JNK/p38 dos mamíferos. Trátase da vía Hog1: activada pola alta osmolaridade (en *Saccharomyces cerevisiae*) ou por varios outros estreses abióticos (en *Schizosaccharomyces pombe*). A MAP2 quinase desta vía denomínase Pbs2 (relacionda coas MKK3/4/6/7 de mamíferos), e as MAP3 quinase kinases implicadas na activación son Ssk2 e SSk22. O sistema en *S. cerevisiae* é activado por un sofisticado módulo de osmopercepción consistente nas proteínas Sho1 e Sln1, pero aínda non está claro como fan outros estímulos para causar a activación de Hog1. Os lévedos tamén presentan outras vías MAPK que non teñen claros homólogos en animais, como a vía da integridade da parede celular (Mpk1/Slt2) ou a vía da esporulación (Smk1).

### En plantas 
Malia o gran número de xenes de MAPK que teñen as plantas, as vías MAPK das plantas superiores foron menos estudadas que as dos animais ou fungos. Aínda que  súa sinalización parece moi complexa, as quinases MPK3, MPK4 e MPK6 de *Arabidopsis thaliana* son mediadores clave de respostas ao shock osmótico, estrés oxidativo, resposta ao frío e están implicadas en respostas antipatóxenos. Ademais, tamén interveñen na morfoxénese, xa que os mutantes MPK4 mostran un acusado ananismo.

## Relacións evolutivas 
miniatura|Orixes evolutivas das proteína quinases activadas por mitóxeno (MAPK)

Membros da familia MAPK encontráronse en todos os organismos eucarióticos estudados ata agora. As MAP quinases clásicas e atípicas poden rastrearse ata as raíces da radiación dos principais grupos eucariotas. As plantas terrestres conteñen catro grupos de MAPK clásicas (MAPK-A, MAPK-B, MAPK-C e MAPK-D), que están implicados nas respostas a unha gran variedade de estreses abióticos. Porén, ningún destes grupos é directamente equivalente ás agrupacións de MAPK clásicas encontradas nos opistocontos (fungos e animais). Nos opistocontos, os principais subgrupos de MAPK clásicas forman a rama de quinases similares a ERK/Fus3 (que se subdividen en metazoos nos subgrupos ERK1/2 e ERK5), e as quinases similares a p38/Hog1 (que tamén se subdividen nos subgrupos p38 e JNK en animais pluricelulares). Ademais, hai varias MAPK en fungos e animais cuxas orixes non están claras, xa sexa debido á alta diverxencia (por exemplo, NLK), xa sexa por ser posiblemente unha rama temperán de toda a familia MAPK (ERK3, ERK4, ERK7). En vertebrados, debido a duplicacións de xenoma completo xemelgas acontecidas despois da separación  entre cefalocordados e vertebrados, hai varios parálogos en cada grupo. Así, ERK1 e ERK2 correspóndense coa *Drosophila* quinase *rolled*, JNK1, JNK2 e JNK3 son todos homólogos do xene *basket* de *Drosophila*. Aínda que entre o grupo p38, os p38 alfa e beta son claramente pares parálogos, e tamén o son p38 gamma e delta en vertebrados, o momento en que se produciu a separación na base está menos claro, dado que moitos metazoos xa posúen moitos homólogos p38 (hai tres quinases de tipo p38 en *Drosophila*, *Mpk2*(*p38a*), *p38b* e *p38c*). A única proteína ERK5 parece cubrir un papel moi especializado (esencial para o desenvolvemento vascular en vertebrados) sempre que está presente. Esta liñaxe foi delecionada en protóstomos, xunto cos seus compoñentes de augas arriba da vía (MEKK2/3, MKK5), aínda que están claramente presentes en cnidarios, esponxas e incluso en certos organismos unicelulares (por exemplo, os coanoflaxelados *Monosiga brevicollis*) moi relacionados coas orixes dos animais pluricelulares.

A separación entre as MAP quinases clásicas e atípicas ocorreu bastante cedo. Isto é suxerido non simplemente pola diverxencia entre os xéneros existentes, senón tamén os descubrimentos recentes de MAPK atípicas en eucariotas basais primitivos. A secuenciación do xenoma de *Giardia lamblia* revelou a presenza de dous xenes MAPK, un deles similar aos ben coñecidas MAPK de mamíferos (ERKs, p38s etc.), e a outra mostraba semellanzas coa proteína ERK7 de mamíferos. A situación é similar no organismo ameboide multicelular *Dictyostelium discoideum*, no que a proteína ddERK1 parece ser unha MAPK clásica, mentres que ddERK2 lembra máis ás proteínas ERK7 e ERK3/4 de mamíferos. As MAPK atípicas poden tamén encontrarse en plantas superiores, aínda que se sabe pouco delas. Igual que ocorre en mamíferos, a maioría dos aspectos das MAPK atípicas non están cataterizados debido á falta de investigación nese campo.

## Recoñecemento do substrato e da molécula compañeira 
miniatura|Diagrama das interaccións das MAPK dependentes do motivo D e o recolecemento de substrato. Todos os exemplos citados refírense ás interaccións da proteína de mamíferos ERK2.

Como é típico do grupo das quinases CMGC, o sitio catalítico das MAP quinases ten unha secuencia consenso moi pouco definida para os substratos. Igual que todas as moléculas relacionadas, só necesitan unha diana formada polos aminoácidos serina / treonina seguidos dun pequeno aminoácido, preferiblemente prolina ("quinases prolina-dirixidas"). Pero como os sitios SP/TP son extremadamente comúns en todas as proteínas, os mecanismos de recoñecemento de substrato adicionais evolucionaron para asegurar a fidelidade de sinalización. Moitos dos substratos de MAPK coñecidos conteñen motivos D que non só poden unirse ás MAPK, senón que tamén proporcionan recoñecemento específico para certas MAPK. Un dato interesante é que os motivos D non están restrinxidos aos substratos: as MAP2 quinases tamén conteñen ditos motivos nas súas porcions N-terminais, que son totalmente necesarios para a interacción MAP2K-MAPK e a activación das MAPK. De maneira similar, as fosfatases das MAP quinases de especificidade dual e as fosfatases das MAP específicas de tirosina únense a MAP quinases polo mesmo sitio de atraque. Os motivos D poden encontrarse incluso en certos reguladores das vías MAPK e proteínas armazón (por exemplo nas proteínas JIP de mamíferos).

Existen outros sitios de unión ao substrato peor coñecidos. Un deses sitios (o sitio DEF) está formado polo bucle de activación (cando está na conformación activa) e a MAP quinase-específica inserida baixo el. Este sitio pode acomodar péptidos cunha secuencia consenso FxFP (fenilalanina-x-fenilalanina-prolina), normalmente situada augas abaixo do sitio de fosforilación. Nótese que dito sitio só pode encontrarse en proteínas que necesitan recoñecer selectivamente as MAP quinases activas, polo que se encontran case exclusivamente en substratos. Diferentes motivos poden cooperar entre si, como ocorre na familia Elk de factores de transcrición, que posúen tanto o motivo D coma o FxFP. A presenza dun motivo FxFP na proteína armazón KSR1 tamén serve para facer dela un substrato de ERK1/2, proporcionando un mecanismo de retroalimentación negativa para establecer o nivel correcto de activación de ERK1/2.

## Proteínas armazón 
Desde o descubrimento de Ste5 en lévedos, os científicos estiveron buscando similares elementos da vía non encimáticos de armazón en mamíferos. Hai, efectivamente, varias proteínas que interveñen na vía de sinalización de ERK, que poden unirse a múltiples elementos da vía: a MP1 únese tanto a MKK1/2 coma ERK1/2, KSR1 e KSR2 poden unirse a B-Raf ou c-Raf, MKK1/2 e ERK1/2. Descubríronse proteínas análogas para a vía JNK: a JIP1/JIP2 e as familias  JIP3/JIP4 de proteínas únense a MLKs, MKK7 e calquera JNK quinase. Desafortunadamente, a diferenza da Ste5 de lévedos, os mecanismos polos cales se regula a activación de MAPK compréndense moito peor. Mentres que Ste5 forma un complexo ternario con Ste7 e Fus3 para promover a fosforilación deste último, proteínas armazón de mamíferos coñecidas parecen funcionar por medio de mecanismos diferentes. Por exemplo, KSR1 e KSR2 son en realidade MAP3 quinases e están relacionadas coas proteínas Raf. Aínda que as KSR só mostran unha actividade de MAP3 quinase insignificante, as proteínas KSR poden malia todo participar na activación de Raf quinases formando con eles heterodímeros, proporcionando un par alostérico para activar ditos encimas. Por outra parte, as JIPs son aparentemente proteínas transportadoras, responsables do enriquecemento de compoñentes de sinalización de MAPK en certos compartimentos de células polarizadas. Neste contexto, a fosforilación dependente de JNK de JIP1 (e posiblemente de JIP2) proporciona un sinal para que as JIP liberen a molécula unida a JIP e os compoñentes da vía de augas ariba inactivos, impulsando así un forte bucle de retroalimentación positivo local. Este sofisticado mecanismo acopla o transporte dependente de cinesina a unha activación de JNK local, non só en mamíferos, senón tamén na mosca do vinagre *Drosophila melanogaster*.

## Como dianas terapéuticas 
Como a vía de sinalización da ERK está implicada tanto na proliferación de células fisiolóxica coma patolóxica, é natural que os inhibidores de ERK1/2 sexan unha clase de axentes antineoplásticos interesante. De feito, moitaas das mutacións "driver" protooncoxénicas están ligadas á sinalización de ERK1/2, como os constitutivamente activos (mutantes) receptores da tirosina quinase, Ras ou proteínas Raf. Aínda que non se desenvolveu ningún inhibidor de MKK1/2 ou ERK1/2 para uso clínico, os inhibidores da quinase que tamén inhiben Raf quinases (por exemplo Sorafenib) son axentes antineoplásticos efectivos contra varios tipos de cancro.

As quinases JNK están implicados no desenvolvemento de resistencia á insulina en individuos obesos e tamén na excitotoxicidade de neurotransmisores despois dunha condición isquémica. A inhibición de JNK1 mellora a resistencia á insulina en certos modelos animais. Os ratos que foron alterados xeneticamente para que carecesen dun xene JNK3 funcional (a maior isoforma no cerebro) mostran unha tolerancia isquémica aumentada e recuperación dun accidente cerebrovascular. Aínda que se están a desenvolver pequenas moléculas inhibidoras de JNK, ningún delas demostrou ser efectiva en probas en humanos. Un inhibidor de JNK baseado nun péptido (AM-111, un péptido de motivo D retroinverso de JIP1, anteriomente chamado XG-102) está tamén baixo desenvolvemento clínico para tratar a perda de audición sensoneural.

Antes pensábase que a p38 era unha diana perfecta para fármacos antiinflamatorios. Porén, o fracaso de máis dunha ducia de compostos químicos na fase clínica suxire que as p38 quinases poderían ser malas dianas terapéuticas en doenzas autoinmunes. Descubriuse que moitos destes compostos eran hepatotóxicos en varios graos e desenvolvíase tolerancia aos efectos antiinflamatorios en semanas.

## Notas 
## Véxase tamén 
### Outros artigos 
* Transdución de sinais
* MAP quinase quinase (MAP2K)
* MAP quinase quinase quinase (MAP3K)
* MAP quinase quinase quinase quinase (MAP4K)
* MAPK1 (ERK2)
* MAPK3 (ERK1)
* MAPK7 (ERK5)
* MAPK8 (JNK1)
* MAPK9 (JNK2)
* MAPK10 (JNK3)
* MAPK11 (p38-beta)
* MAPK12 (p38-gamma)
* MAPK13 (p38-delta)
* MAPK14 (p38-alfa)
* MAPK4 (ERK4: MAPK atípica)
* MAPK6 (ERK3: MAPK atípica)
* MAPK15 (ERK7/ERK8: MAPK atípica)
* NLK (quinase similar a Nemo: MAPK atípica)
* Quinases ERK1/2
* Vía ERK1/2
* Quinases JNK
* MAP quinase p38

### Ligazóns externas 
* Recursos sobre MAP quinases .
* Táboa de nomes de quinases activadas por mitóxeno.
* Imaxe da fervenza da MAPK
* 
* Modelo de ultrasensibilidade das MAPK en BioModels Database
* *Drosophila* *rolled* – The Interactive Fly