JAK/STAT Pathway

Mecanisticamente, a sinalização JAK/STAT é relativamente simples, com apenas alguns componentes principais. Uma variedade de ligandos incluindo citocinas, hormonas, e factores de crescimento, e os seus receptores estimulam a via JAK/STAT. A activação intracelular ocorre quando a ligação dos ligandos induz a multimerização das subunidades receptoras. Para alguns ligandos, tais como Epo (eritropoietina) e GH (hormona de crescimento), as subunidades receptoras são ligadas como homodímeros, enquanto para outros, tais como Ifns (interferões) e ILs (interleucinas), as subunidades receptoras são heteromultimers. Para a propagação do sinal, os domínios citoplasmáticos de duas subunidades receptoras devem ser associados a tirosina JAK kinases. A activação de JAK ocorre na multimerização dos receptores mediados por ligantes, porque dois JAK são trazidos para muito perto, permitindo a trans-fosforilação. Os JAKs activados subsequentemente fosforilados alvos adicionais, incluindo tanto os receptores como os principais substratos, STATs. Os sete STATs de mamíferos contêm um resíduo conservado de tirosina perto do termo C que é fosforilado pelos JAKs. Esta fosfotirosina permite a dimerização dos STATs através da interacção com um domínio SH2 conservado. Diferentes JAKs e STATs são activados por diferentes ligandos. Por exemplo, hormonas tais como GH, Epo, e Tpo (trombopoietina) estimulam geralmente a activação de JAK2, bem como STAT3 e 5. Os STATs fosforilados entram então no núcleo por um mecanismo que depende da Importin Alfa-5 (também chamada nucleoproteína interactiva 1) e da via de importação nuclear Ran. Uma vez no núcleo, os STATs dimerizados ligam sequências regulamentares específicas para activar ou reprimir a transcrição dos genes alvo. Assim, a cascata JAK/STAT fornece um mecanismo directo para traduzir um sinal extracelular numa resposta transcripcional. Os RTK (receptores de tirosina kinases) normalmente activam a sinalização Ras/Raf/MEK/ERK, mas quando sobreactivados podem também induzir a via JAK/STAT, originalmente identificada como a cascata de sinalização a jusante dos receptores de citocinas .

Cytokines e os seus receptores são os principais activadores da via JAK/STAT. As citocinas são citocinas antivirais que são produzidas por muitos tipos de células na sequência de infecção viral. As ifns são classificadas ou como Tipo I ou Tipo II. Os Ifns Tipo I incluem Ifn-Alpha, -Beta, -Omega e -Tau, que são todos monoméricos; o único Ifn Tipo II é Ifn-Gamma, um dímero. Os Ifns de Tipo I e II ligam-se a diferentes receptores e activam genes sobrepostos mas distintos. Os ifns são reguladores muito importantes da via JAK/STAT. O Ifn-AlphaBetaR consiste em duas subunidades, IfnAR1 e IfnAR2, que formam um heterodímero sobre a estimulação do Ifn. Isto inicia a activação de duas tirosinases Janus-família, JAK1 e TYK2, seguidas pela fosforilação das proteínas STAT1 e STAT2 (Transdutores de Sinal e Activadores de Transcrição). Os STAT fosforilados dissociam-se então do heterodímero receptor e ligam-se ao IRF9/p48, um membro da família IRF (Interferon Regulatory Factor-9), formando um complexo trimérico do gene do interferão principal conhecido como ISGF3 (Interferon-Stimulated Transcription Factor-3). Este complexo transloca para o núcleo e liga-se ao elemento cis ISRE (Ifn-stimulated Response Element), iniciando assim a transcrição de vários genes Ifn-inducibles. Em contraste, a ligação do Ifn-Gamma ao seu receptor leva à fosforilação da tirosina JAK1 e JAK2 tirosina kinases, resultando na fosforilação do STAT1 mas não do STAT2. A fosforilação STAT1 homodimeriza para formar o complexo GAF-AAF, que se transloca para o núcleo e se liga ao elemento GAS presente na maioria dos genes induzíveis de Ifn-Gamma .

Além dos principais componentes da via, foram identificadas outras proteínas efetoras que contribuem pelo menos para um subconjunto de eventos de sinalização de JAK/STAT. Os STAMs (moléculas adaptadoras transmissoras de sinal) são moléculas adaptadoras com domínios VHS e SH3 conservados. STAM1 e STAM2A podem ser fosforilados por JAK1-JAK3 de uma forma que depende de um terceiro domínio presente em alguns STAMs, o ITAM (inducible tyrosine-based activation motif). Através de um mecanismo mal compreendido, os STAMs facilitam a activação transcripcional de genes alvo específicos, incluindo Myc. Um segundo adaptador que facilita a activação da via JAK/STAT é o STATIP (STAT-Interacting Protein), uma proteína WD40. As STATIPs podem associar-se tanto com as JAKs como com as STATs não fosforiladas, servindo talvez como um andaime para facilitar a fosforilação das STATs por JAKs. Uma terceira classe de adaptador com função na sinalização JAK/STAT é a família SH2B/Lnk/APS. Estas proteínas contêm homologia de pleckstrin e domínios SH2 e são também substratos para a fosforilação JAK. Tanto SH2-Bß como APS associam-se a JAKs, mas o primeiro facilita a sinalização JAK/STAT enquanto que o segundo inibe .

Além de JAK/STAT, existem três classes principais de regulador negativo: SOCS (supressores de sinalização de citocinas), PIAS (inibidores de proteínas de STATs activados), e PTPs (tirosina fosfatase de proteínas). Talvez as mais simples sejam as fosfatases de tirosina, que invertem a actividade dos JAKs. A melhor característica destas é a SHP-1. SHP-1 contém dois domínios SH2 e pode ligar-se a JAKs fosforiladas ou a receptores fosforilados para facilitar a desfosforização destas moléculas de sinalização activadas. Outras fosfatases de tirosina, tais como CD45, parecem ter um papel na regulação da sinalização JAK/STAT através de um subconjunto de receptores. A segunda classe de reguladores negativos inclui o SOCS. As proteínas SOCS são uma família de pelo menos oito membros que contêm um domínio SH2 e uma caixa SOCS no terminal C. A marca distintiva da família SOCS é a caixa SOCS, que medeia a interacção com o complexo Elongin-B/C e associa as SOCS e as proteínas-alvo JAK associadas à via de degradação proteasomal da proteína. O termo NH2 da caixa SOCS contém um motivo de ligação conservado Elongin-B/C (BC Box) que se liga à Elongin-C, que por sua vez se associa a um complexo constituído por Elongin-B, um membro da família Cullin, e a proteína Rbx-1 do dedo RING para formar um complexo multiproteínas capaz de actuar como uma ligase de ubiquitina E3. Juntamente com uma enzima de activação da ubiquitina dependente de ATP (E1) e uma enzima de conjugação da ubiquitina (E2), a ubiquitina ligase E3 actua para marcar as proteínas proximais com cadeias de poli-ubiquitina. A poli-ubiquitina visa as proteínas para a degradação pelo proteasoma. A ubiquitina é então reciclada por dUB (enzimas desubiquitantes) e o ciclo continua. Os SOCS completam um ciclo simples de feedback negativo no circuito JAK/STAT: os STAT activados estimulam a transcrição dos genes SOCS e as proteínas SOCS resultantes ligam os JAK fosforilados e os seus receptores para desligar a via. A terceira classe de regulador negativo são as proteínas PIAS: PIAS1, PIAS3, PIASx, e PIASy. As proteínas PIAS ligam-se aos dímeros STAT activados e impedem-nas de ligar o ADN. O mecanismo pelo qual as proteínas PIAS actuam permanece pouco claro. No entanto, foi recentemente demonstrado que as proteínas PIAS se associam ao E2 conjugase Ubc9 e que têm actividade conjugase E3 para sumoilação que é mediada pelo domínio do dedo RING. Embora haja provas de que os STATs podem ser modificados pela sumoilação, a função dessa modificação na regulação negativa ainda não é conhecida .

P>Embora o mecanismo de sinalização JAK/STAT seja relativamente simples, as consequências biológicas da activação da via são complicadas pelas interacções com outras vias de sinalização. A sinalização JAK/STAT também promove indirectamente a sinalização Ras através da activação transcripcional de SOCS3. SOCS3 liga RasGAP, um regulador negativo da sinalização de Ras, e reduz a sua actividade, promovendo assim a activação do caminho de Ras. Reciprocamente, a actividade da via RTK promove a sinalização JAK/STAT através de pelo menos dois mecanismos. Primeiro, a activação de alguns RTKs, incluindo EGFR e PDGFR, resulta na fosforilação dos STATs por tirosina independente de JAK, provavelmente pela kinase de Src. Em segundo lugar, a estimulação da via RTK/Ras causa a activação a jusante do MAPK. MAPK especificamente fosforilatos uma serina perto do terminal C da maioria dos STATs. Além disso, as funções dos STATs activados podem ser alteradas através da associação com outros factores de transcrição e cofactores como p300, CBP (CREB-Binding Protein), BRCA1 (Breast Cancer-1 Gene), e MCM5 (Minichromosome Maintenance-5), que são regulados por outras vias de sinalização. Para além de activar STATs, JAK kinases fosforilato outras proteínas de sinalização/adaptador, ligando a sinalização JAK a outras vias, tais como o MAP Kinases. JAKs ou STATs podem também participar na sinalização através de outras classes receptoras. Os STATs estão também envolvidos em muitas doenças como o cancro da mama (tumores), cancro da cabeça e pescoço (linhas celulares), mieloma múltiplo, leucemia eritro, leucemia mielocítica aguda, linfoma de Burkitt relacionado com EBV, e linfoma salmiri-dependente do vírus do herpes .