Función de la señalización mitógena en la progresión del ciclo celular La vía ERK desempeña un papel importante en la integración de señales externas de la presencia de mitógenos, como el factor de crecimiento epidérmico (EGF), en eventos de señalización que promueven el crecimiento y la proliferación celular en muchos tipos de células de mamíferos. En un modelo simplificado, la presencia de mitógenos y factores de crecimiento desencadenan la activación de receptores canónicos tirosina quinasas, como el EGFR, lo que conduce a su dimerización y posterior activación de la pequeña GTPasa Ras. Esto conduce a una serie de eventos de fosforilación aguas abajo en la cascada MAPK (Raf-MEK-ERK) que finalmente resultan en la fosforilación y activación de ERK. La fosforilación de ERK resulta en una activación de su actividad quinasa y conduce a la fosforilación de sus muchos objetivos posteriores involucrados en la regulación de la proliferación celular. En la mayoría de las células, se requiere alguna forma de actividad ERK sostenida para que las células activen genes que inducen la entrada en el ciclo celular y suprimen los reguladores negativos del ciclo celular. Dos de estos objetivos importantes incluyen complejos de Ciclina D con Cdk4 y Cdk6 (Cdk4 / 6), ambos fosforilados por ERK. La transición de la fase G1 a la fase S está coordinada por la actividad de la ciclina D-Cdk4/6, que aumenta durante la fase G1 tardía a medida que las células se preparan para entrar en la fase S en respuesta a los mitógenos. La activación de Cdk4/6 contribuye a la hiperfosforilación y a la desestabilización subsiguiente de la proteína del retinoblastoma (Rb). Rb hipofosforilado, normalmente se une al factor de transcripción E2F en G1 temprano e inhibe su actividad transcripcional, impidiendo la expresión de genes de entrada en fase S, incluyendo Ciclina E, Ciclina A2 y Emi1. La activación de ERK1 / 2 aguas abajo de la señalización Ras inducida por mitógenos es necesaria y suficiente para eliminar este bloqueo del ciclo celular y permitir que las células progresen a la fase S en la mayoría de las células de mamíferos.
Control de retroalimentación descendente y generación de un interruptor G1/S biestable
Las señales de crecimiento y mitógeno se transmiten aguas abajo de la Las vías ERK se incorporan a múltiples bucles de retroalimentación positiva para generar un interruptor biestable a nivel de activación E2F. Esto ocurre debido a tres interacciones principales durante la fase G1 tardía. La primera es el resultado de la estimulación mitógena a través del ERK que conduce a la expresión del factor de transcripción Myc, que es un activador directo de E2F. La segunda vía es el resultado de la activación del ERK que conduce a la acumulación de complejos activos de Ciclina D y Cdk4/6 que desestabilizan el Rb a través de la fosforilación y además sirven para activar E2F y promover la expresión de sus objetivos. Finalmente, todas estas interacciones están reforzadas por un bucle de retroalimentación positiva adicional de E2F sobre sí misma, ya que su propia expresión conduce a la producción del complejo activo de Ciclina E y CDK2, que sirve para bloquear la decisión de una célula de entrar en la fase S. Como resultado, cuando la concentración sérica aumenta de forma gradual, la mayoría de las células de mamíferos responden de forma similar a un interruptor al entrar en la fase S. Este interruptor E2F biestable estimulado por mitógenos presenta histéresis, ya que las células se inhiben de regresar a G1 incluso después de la retirada del mitógeno después de la activación de E2F.
Procesamiento dinámico de señales por la vía ERK
Los experimentos de imágenes unicelulares han demostrado que ERK se activa en ráfagas estocásticas en presencia de EGF. Además, se ha demostrado que la vía codifica la fuerza de las entradas de señalización a través de pulsos modulados de frecuencia de su actividad. Utilizando biosensores de TRASTE de células vivas, las células inducidas con diferentes concentraciones de actividad ilícita de EGF estallaron de diferente frecuencia, donde niveles más altos de EGF dieron lugar a estallidos más frecuentes de actividad ERK. Además, se encontró que la dinámica de la activación de ERK en respuesta a mitógenos era relevante para respuestas descendentes únicas, incluida la sincronización de la entrada de fase S en células MCF10A. Varios tipos de factores de crecimiento también pueden conducir a dinámicas únicas de ERK en otros tipos celulares que afectan el destino celular, lo que sugiere que la dinámica temporal de la activación de ERK es un medio general de codificar programas únicos de expresión génica por las células.
Integración de señales mitógenas y de estrés en la proliferación
Experimentos recientes de imágenes de células vivas en células MCF10A y MCF7 han demostrado que una combinación de señales mitógenas a través de ERK y señales de estrés a través de la activación de p53 en células madre contribuye a la probabilidad de que las células hijas recién formadas vuelvan a ingresar inmediatamente al ciclo celular o entren en reposo (G0) anterior a la mitosis. En lugar de células hijas que comienzan sin proteínas de señalización clave después de la división, la ciclina D1 inducida por mitógeno/ERK y la proteína p53 inducida por daño al ADN, ambos factores de larga vida en las células, pueden heredarse de forma estable de las células madre después de la división celular. Los niveles de estos reguladores varían de célula a célula después de la mitosis y la estequiometría entre ellos influye fuertemente en el compromiso del ciclo celular a través de la activación de Cdk2. Las perturbaciones químicas que utilizan inhibidores de la señalización ERK o inductores de señalización p53 en células madre sugieren que las células hijas con altos niveles de proteína p53 y bajos niveles de transcripciones de Ciclina D1 ingresaron principalmente a G0, mientras que las células con alta Ciclina D1 y bajos niveles de p53 tienen más probabilidades de reingresar al ciclo celular. Estos resultados ilustran una forma de memoria molecular codificada a través de la historia de la señalización mitógena a través de ERK y la respuesta al estrés a través de p53.