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The EMBO Journal. Descubiertas las bases estructurales de la activación de la quinasa de adhesión focal en membranas lipídicas

11.08.2020

Ayuda a parar el cáncer

Activación de FAK en membranas lipídicas El ensamblaje de la forma oligomérica de FAK (amarillo/cian) en la membrana (morado) desencadena la autofosforilación. Se muestra un estado en el que el sitio de autofosforilación (rojo) está unido al sitio activo de la quinasa FAK. /CIB-CSIC

El mecanismo descubierto es clave para la invasión de células cancerosas promovida por la proteína FAK

Un equipo de investigación dirigido por Daniel Lietha acaba de publicar en The EMBO Journal los detalles del mecanismo de activación de la quinasa de adhesión focal (FAK) en las membranas lipídicas. Lietha inició esta investigación en el Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO), culminándola en su actual institución, el Centro de Investigaciones Biológicas Margarita Salas (CIB-CSIC).

FAK es una proteína clave que garantiza la adhesión controlada, la proliferación, la migración y la supervivencia celular, que en el cáncer es responsable de la invasión celular aberrante que conduce a metástasis. En el citosol, FAK adopta un estado autoinhibido, activándose tras el reclutamiento en adherencias focales. Sin embargo, se desconoce cómo ocurre este proceso o qué induce los cambios estructurales observados.

El equipo ha demostrado que FAK se activa cuando se localiza en la membrana celular, donde interacciona específicamente con lípidos de fosfoinositida. Ahora, han obtenido mediante criomicroscopía electrónica la estructura de una forma oligomérica de FAK unida a una membrana lipídica. El análisis de la estructura muestra que la unión inicial de FAK a la membrana causa choques estéricos que liberan el dominio de autoinhibición de la quinasa, provocando en la proteína un gran cambio conformacional que hace que interaccione con la membrana en una orientación que dispone su sitio activo hacia la misma.

La estructura de alta resolución obtenida también revela que varias interfaces se alinean en la conformación reorganizada para permitir la oligomerización de FAK en la membrana exponiendo un sitio de fosforilación clave, que conduce a la autofosforilación y, a su vez, a la activación de FAK. Estudios computacionales de dinámica molecular permitieron comprender el mecanismo y la dinámica del proceso de autofosforilación y la activación posterior de FAK en la membrana.

Para validar estas simulaciones, se han generado diferentes mutantes de la proteína FAK que presentan mutaciones en las interfaces observadas. Diferentes experimentos bioquímicos han permitido evaluar cómo las diferentes mutaciones afectan a la unión de lípidos, la autofosforilación y la activación de FAK. Además, se estudió también cómo estas mutaciones afectan la función de FAK en las células cancerígenas, revelando que el mecanismo descubierto es clave para la invasión y proliferación de las células cancerosas.

Este trabajo es el resultado de una colaboración internacional entre el CIB Margarita Salas e investigadores del Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (Madrid, España), el Centro de Imagen Celular y NanoAnalítica, Biozentrum (Universidad de Basilea, Suiza), el Centro de Investigación del Cáncer del Reino Unido en Edimburgo (Edimburgo, Reino Unido), el Instituto de Genética y Medicina Molecular (Universidad de Edimburgo, Reino Unido) y el Instituto de Estudios Teóricos e Interdisciplinarios y Centro de Computación Científica de Heidelberg (Heidelberg, Alemania).

El estudio ha sido financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación, el Instituto de Salud Carlos III, el Ministerio de Educación, Cultura y Deportes, la Werner-Siemens Foundation, la Universidad de Basel, la Swiss National Science Foundation, el Cancer Research UK, la the Klaus Tschira Foundation, la Deutsche Forschungsgemeinschaft, el Estado de Baden-Wuertenberg, la Carl Zeiss Foundation, el Fondo Europeo de Desarrollo Regional, el Fondo Social Europeo, el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Comunidad de Madrid.

Artículo de referencia

Structural basis of Focal Adhesion Kinase activation on lipid membranes. Iván Acebrón et al (EMBO J, 2020). DOI: https://www.embopress.org/doi/10.15252/embj.2020104743

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