Vía JAK/STAT

Mecánicamente, la señalización JAK/STAT es relativamente simple, con sólo unos pocos componentes principales. Una variedad de ligandos, incluyendo citoquinas, hormonas y factores de crecimiento, y sus receptores estimulan la vía JAK/STAT. La activación intracelular se produce cuando la unión del ligando induce la multimerización de las subunidades del receptor. Para algunos ligandos, como la Epo (eritropoyetina) y la GH (hormona del crecimiento), las subunidades del receptor se unen como homodímeros, mientras que para otros, como los Ifns (interferones) y las ILs (interleucinas), las subunidades del receptor son heteromultímeros. Para la propagación de la señal, los dominios citoplásmicos de dos subunidades del receptor deben estar asociados a las tirosina quinasas JAK. La activación de las JAK se produce tras la multimerización del receptor mediada por el ligando, ya que dos JAK se acercan, lo que permite la trans-fosforilación. Las JAK activadas fosforilan posteriormente otras dianas, incluyendo tanto los receptores como los principales sustratos, las STAT. Las siete STAT de los mamíferos tienen un residuo de tirosina conservado cerca del extremo C que es fosforilado por las JAK. Esta fosfotirosina permite la dimerización de las STAT mediante la interacción con un dominio SH2 conservado. Diferentes JAKs y STATs son activadas por diferentes ligandos. Por ejemplo, hormonas como la GH, la Epo y la Tpo (trombopoyetina) generalmente estimulan la activación de JAK2 así como de STAT3 y 5. Las STAT fosforiladas entran entonces en el núcleo mediante un mecanismo que depende de la importina alfa-5 (también llamada interactor de nucleoproteína 1) y de la vía de importación nuclear Ran. Una vez en el núcleo, las STAT dimerizadas se unen a secuencias reguladoras específicas para activar o reprimir la transcripción de los genes diana. Así, la cascada JAK/STAT proporciona un mecanismo directo para traducir una señal extracelular en una respuesta transcripcional. Los RTK (receptores tirosina quinasa) suelen activar la señalización Ras/Raf/MEK/ERK, pero cuando se sobreactivan también pueden inducir la vía JAK/STAT, identificada originalmente como la cascada de señalización que sigue a los receptores de citoquinas.

Las citoquinas y sus receptores son los principales activadores de la vía JAK/STAT. Las Ifns son citoquinas antivirales que son producidas por muchos tipos de células tras una infección viral. Las Ifns se clasifican como de tipo I o de tipo II. Los Ifns de tipo I incluyen el Ifn-Alfa, -Beta, -Omega y -Tau, que son todos monoméricos; el único Ifn de tipo II es el Ifn-Gamma, un dímero. Los Ifn de tipo I y II se unen a diferentes receptores y activan genes superpuestos pero distintos. Los Ifn son reguladores muy importantes de la vía JAK/STAT. El Ifn-AlphaBetaR consta de dos subunidades, IfnAR1 e IfnAR2, que forman un heterodímero tras la estimulación del Ifn. Esto inicia la activación de dos tirosina quinasas de la familia Janus, JAK1 y TYK2, seguida de la fosforilación de las proteínas STAT1 y STAT2 (Transductores de señales y activadores de la transcripción). A continuación, las STAT fosforiladas se disocian del heterodímero receptor y se unen a IRF9/p48, un miembro de la familia IRF (Interferon Regulatory Factor-9), formando un factor genético de interferón mayor trimérico conocido como complejo ISGF3 (Interferon-Stimulated Transcription Factor-3). Este complejo se transloca al núcleo y se une al elemento cis ISRE (Elemento de Respuesta Estimulado por Ifn), iniciando así la transcripción de varios genes inducibles por Ifn. Por el contrario, la unión de Ifn-Gamma a su receptor conduce a la fosforilación de tirosina de las tirosina quinasas JAK1 y JAK2, lo que resulta en la fosforilación de STAT1 pero no de STAT2. La STAT1 fosforilada se homodimeriza para formar el complejo GAF-AAF, que se transloca al núcleo y se une al elemento GAS presente en la mayoría de los genes inducibles por Ifn-Gamma.

Además de los componentes principales de la vía, se han identificado otras proteínas efectoras que contribuyen al menos a un subconjunto de eventos de señalización JAK/STAT. Las STAMs (moléculas adaptadoras de señalización) son moléculas adaptadoras con dominios VHS y SH3 conservados. STAM1 y STAM2A pueden ser fosforiladas por JAK1-JAK3 de una manera que depende de un tercer dominio presente en algunas STAMs, el ITAM (motivo de activación inducible basado en tirosina). A través de un mecanismo poco conocido, los STAMs facilitan la activación transcripcional de genes diana específicos, incluyendo Myc. Un segundo adaptador que facilita la activación de la vía JAK/STAT es STATIP (STAT-Interacting Protein), una proteína WD40. Las STATIP pueden asociarse tanto con las JAK como con las STAT no fosforiladas, sirviendo quizás de andamio para facilitar la fosforilación de las STAT por las JAK. Una tercera clase de adaptador con función en la señalización JAK/STAT es la familia SH2B/Lnk/APS. Estas proteínas contienen dominios de homología pleckstrin y SH2 y también son sustratos para la fosforilación de las JAK. Tanto las SH2-Bß como las APS se asocian con las JAK, pero las primeras facilitan la señalización JAK/STAT mientras que las segundas la inhiben.

Además de los efectores de la vía JAK/STAT, existen tres clases principales de reguladores negativos: SOCS (supresores de la señalización de citoquinas), PIAS (inhibidores proteicos de STAT activados) y PTPs (proteínas tirosina fosfatasas). Quizá las más sencillas sean las tirosina fosfatasas, que invierten la actividad de las JAK. La mejor caracterizada de ellas es la SHP-1. La SHP-1 contiene dos dominios SH2 y puede unirse a las JAK fosforiladas o a los receptores fosforilados para facilitar la desfosforilación de estas moléculas de señalización activadas. Otras tirosina fosfatasas, como la CD45, parecen tener un papel en la regulación de la señalización JAK/STAT a través de un subconjunto de receptores. La segunda clase de reguladores negativos incluye a los SOCS. Las proteínas SOCS son una familia de al menos ocho miembros que contienen un dominio SH2 y una caja SOCS en el extremo C. El rasgo distintivo de la familia SOCS es la caja SOCS, que media la interacción con el complejo Elongin-B/C y acopla los SOCS y las proteínas diana asociadas JAKs a la vía de degradación proteasomal de proteínas. El NH2-terminal de la caja SOCS contiene un motivo conservado de unión a Elongin-B/C (BC Box) que se une a Elongin-C, que a su vez se asocia con un complejo formado por Elongin-B, un miembro de la familia Cullin y la proteína RING finger Rbx-1 para formar un complejo multiproteico capaz de actuar como una ubiquitina ligasa E3. Junto con una enzima activadora de ubiquitina dependiente de ATP (E1) y una enzima conjugadora de ubiquitina (E2), la ubiquitina ligasa E3 actúa para marcar las proteínas proximales con cadenas de poliubiquitina. La poliubiquitinación se dirige a las proteínas para su degradación por el proteasoma. La ubiquitina es entonces reciclada por las dUB (enzimas deubiquitadoras) y el ciclo continúa. Los SOCS completan un simple bucle de retroalimentación negativa en el circuito JAK/STAT: las STAT activadas estimulan la transcripción de los genes SOCS y las proteínas SOCS resultantes se unen a las JAK fosforiladas y a sus receptores para desactivar la vía. La tercera clase de regulador negativo son las proteínas PIAS: PIAS1, PIAS3, PIASx y PIASy. Las proteínas PIAS se unen a los dímeros STAT activados y evitan que se unan al ADN. El mecanismo por el que actúan las proteínas PIAS sigue sin estar claro. Sin embargo, recientemente se ha demostrado que las proteínas PIAS se asocian con la conjugasa E2 Ubc9 y que tienen una actividad de conjugasa E3 para la sumoilación que está mediada por el dominio RING finger. Aunque hay pruebas de que las STAT pueden ser modificadas por sumoilación, la función de esa modificación en la regulación negativa no se conoce todavía.

Aunque el mecanismo de señalización JAK/STAT es relativamente sencillo, las consecuencias biológicas de la activación de la vía se complican por las interacciones con otras vías de señalización. La señalización JAK/STAT también promueve indirectamente la señalización de Ras a través de la activación transcripcional de SOCS3. SOCS3 se une a RasGAP, un regulador negativo de la señalización de Ras, y reduce su actividad, promoviendo así la activación de la vía de Ras. Recíprocamente, la actividad de la vía RTK promueve la señalización JAK/STAT por al menos dos mecanismos. En primer lugar, la activación de algunas RTK, incluyendo el EGFR y el PDGFR, da lugar a la fosforilación de tirosina de las STAT, independiente de las JAK, probablemente por la quinasa Src. En segundo lugar, la estimulación de la vía RTK/Ras provoca la activación descendente de la MAPK. La MAPK fosforila específicamente una serina cerca del extremo C de la mayoría de las STAT. Además, las funciones de las STAT activadas pueden alterarse mediante la asociación con otros factores de transcripción y cofactores como p300, CBP (proteína de unión a CREB), BRCA1 (gen del cáncer de mama-1) y MCM5 (mantenimiento del minicromosoma-5), que están regulados por otras vías de señalización. Además de activar las STAT, las quinasas JAK fosforilan otras proteínas de señalización/adaptación, vinculando la señalización JAK a otras vías como las MAP Kinasas. Las JAK o STAT también pueden participar en la señalización a través de otras clases de receptores. Las STAT también están implicadas en muchas enfermedades como el cáncer de mama (tumores), el cáncer de cabeza y cuello (líneas celulares), el mieloma múltiple, la leucemia eritropoyética, la leucemia mielocítica aguda, el linfoma de Burkitt relacionado con el VEB y el linfoma dependiente del virus del herpes.