El descubrimiento de un nuevo mecanismo molecular permitiría atacar mejor las proteínas implicadas en la insuficiencia cardiaca

El descubrimiento de un nuevo mecanismo molecular permitiría atacar mejor las proteínas implicadas en la insuficiencia cardiaca

EPAC1 es un factor de intercambio de nucleótidos (o GEF) de pequeñas β GTPasas, es decir, las activa al catalizar el intercambio de GDP por nucleótidos por parte de GTP. Este regulador está estrictamente regulado por el AMP cíclico (cAMP), una pequeña molécula conocida como «segundo mensajero» que propaga señales dentro de las células desde hormonas o neurotransmisores. En ausencia de cAMP, el sitio catalítico de EPAC1 se ve obstaculizado por interacciones intramoleculares que lo vuelven completamente inerte. Cuando la concentración de cAMP aumenta en respuesta a una señal extracelular, EPAC1 reorganiza su estructura tridimensional, exponiendo su sitio activo y permitiendo la activación de Rap GTPasas.

Durante mucho tiempo se ha aceptado que la unión de cAMP a EPAC1 se produce en el citosol, provocando su translocación a las membranas donde se encuentran las β GTPasas activas. Un descubrimiento reciente ha puesto en duda este modelo: de hecho, el AMPc no se difunde libremente como se pensaba anteriormente, lo que permite que su concentración aumente rápidamente en el citosol. Por el contrario, el AMPc se fragmenta en nanodominios cerca de la membrana plasmática, cerca de los receptores de hormonas y neurotransmisores. Por lo tanto, su concentración permanece baja en el citosol. Pero sabemos desde entonces largo tiempo Que EPAC1 tiene una afinidad muy baja por cAMP en solución, lo que implica que EPAC1 no tiene las propiedades que debe activar el cAMP en el citosol.

El estudio fue publicado en Comunicaciones de la naturaleza resuelve esta discrepancia al revelar que la membrana plasmática es un componente esencial de la activación de EPAC1, que hasta ahora no se ha observado. Usando proteínas purificadas y membranas sintéticas que imitan la membrana plasmática, los científicos han demostrado que estas membranas activan EPAC1 independientemente del cAMP, con una eficiencia similar. Sorprendentemente, las membranas aumentan la afinidad de EPAC1 por cAMP en más de dos órdenes de magnitud, desde micromolar hasta nanomolar. La actividad máxima de EPAC1 se obtiene finalmente a través de la acción sinérgica de cAMP y membranas. Estos resultados permiten desarrollar un nuevo modelo de activación de EPAC1 que da cuenta de todas las observaciones. En este modelo, la activación de EPAC1 se inicia en las células a través de su interacción previa con las membranas. En asociación con la membrana, la afinidad de EPAC1 por cAMP aumenta drásticamente, lo que permite su máxima activación por cAMP en la periferia de la membrana en respuesta a una señal extracelular. Por el contrario, el complejo soluble EPAC1-cAMP es un intermediario de interacción mínima en la concentración citosólica de cAMP. Este modelo tiene como corolario que EPAC1 tiene propiedades que actúan dentro de los nanodominios de cAMP cerca de la membrana, lo que abre el camino para nuevas investigaciones.

Este descubrimiento tiene implicaciones asombrosas para el descubrimiento y la mejora de los inhibidores de EPAC1. Los científicos revisaron el efecto de CE3F4, un compuesto químico prometedor que inhibe la activación de Rap GTPasas por EPAC1. en el laboratorio En las células, lo que previene las arritmias en ratas y ratones. Muestran que a una concentración fisiológica de AMPc, CE3F4 solo inhibe EPAC1 si EPAC1 está completamente activado tanto por las membranas como por el AMPc. En otras palabras, EPAC1 debe estar activado para que sea inhibido por CE3F4. Este descubrimiento ahora redirige la estrategia para mejorar el compuesto.

Este estudio reformula conceptos previos de señalización de cAMP a través de pequeñas GTPasas, revelando el papel esencial de las membranas con implicaciones importantes para el descubrimiento de fármacos para combatir la insuficiencia cardíaca. También demuestra la importancia de la biología estructural integradora, combinando aquí la reconstrucción de membranas, la cristalografía, SAXS y el intercambio de hidrógeno/deuterio junto con la espectrometría de masas, para dilucidar cuestiones biológicas fundamentales.

© J. Cherfils
imagen: EPAC1, el pequeño factor de intercambio GTPasas Rap, es activado por el AMPc y la translocación de la membrana plasmática. Su activación requiere una importante reorganización de sus cuatro dominios (indicados por naranja, azul, rosa y amarillo). El estado intermedio activado por cAMP es insignificante en el citosol, donde la concentración de cAMP y la afinidad de EPAC1 por cAMP son bajas. Por lo tanto, EPAC1 se preactiva por su interacción con la membrana, en la que la pequeña GTPasa Rap, ubicada en la membrana, se activa en respuesta a la señalización de cAMP. Por lo tanto, EPAC1 tiene las propiedades para activarse dentro de los nanodominios de cAMP en la periferia de la membrana. Este mecanismo lleva a reconsiderar el mecanismo de acción de CE3F4, un inhibidor prometedor en la insuficiencia cardíaca.

leer más :
Las membranas preparan RapGEF EPAC1 para transducir señales de AMPc. Sartre C, Peurois F, Ley M, Kryszke MH, Zhang W, Courilleau D, Fischmeister R, Ambroise Y, Zeghouf M, Cianferani S, Ferrandez Y, Chervels c. natural común 12 de julio de 2023; 14 (1): 4157. doi: 10.1038/s41467-023-39894-4.

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