Estructura y función del dominio D/D de la subunidad regulatoria de la proteína quinasa A de Saccharomyces cerevisiae

La proteína quinasa dependiente de cAMP (PKA) es una quinasa de serina y treonina de amplio espectro que fosforila a sus proteínas blanco en respuesta a estímulos específicos. Se encuentra involucrada en la regulación de una gran diversidad de procesos fisiológicos en una amplia variedad de organismos, motivo por el cual es un miembro modelo de estudio de la superfamilia de las Proteínas Quinasa. En la mayoría de los organismos, en condiciones de baja concentración de cAMP existe como una holoenzima inactiva heterotetramérica conformada por dos subunidades catalíticas (C) y un dímero de subunidades regulatorias (R). En respuesta a estímulos extracelulares específicos, las concentraciones intracelulares del segundo mensajero aumentan; como consecuencia, dos moléculas de cAMP se unen a cada subunidad R, generando un cambio conformacional que disocia la holoenzima en un dímero de subunidades R y dos subunidades C activas. En mamíferos existen cuatro isoformas de la subunidad R, que presentan una estructura de dominios bien conservada entre los distintos organismos. Ésta consiste de dos dominios de unión a cAMP hacia el extremo C-terminal, y una región responsable de la dimerización hacia el extremo N-terminal. Esta pequeña región de apenas 50 aminoácidos se denomina dominio de dimerización y anclaje (D/D), ya que constituye además una superficie de interacción para una familia de proteínas denominadas AKAPs (A-Kinase Anchoring Proteins). Estas proteínas tienen como función proporcionar a la holoenzima de la PKA la localización subcelular necesaria para garantizar la propagación adecuada de las señales disparadas por cAMP. Todas ellas presentan una hélice anfipática de unos 20 aminoácidos cuya cara no polar interactúa con alta afinidad con una superficie hidrofóbica proporcionada por los dominios D/D. Se conocen las estructuras de alta resolución de los dominios D/D de mamíferos, tanto en su forma apo como en complejo con péptidos derivados de distintas AKAPs. Sin embargo, hasta la fecha no se han llevado a cabo estudios estructurales de estos dominios en otros organismos. El objetivo principal de este trabajo consiste en obtener una caracterización estructural y funcional del dominio D/D de Bcy1, la subunidad R de la PKA de S. cerevisiae. La motivación principal radica en contribuir con el primer estudio de estos dominios en organismos no mamíferos, a efectos de establecer una comparación con éstos. S. cerevisiae es un organismo modelo por excelencia en bioquímica y biología molecular, y resulta muy pertinente para este trabajo dado que en este organismo la PKA es una enzima fundamental involucrada en la regulación de los procesos relacionados con la respuesta a la disponibilidad de nutrientes, respuesta a estrés, desarrollo y entrada en fase estacionaria. En primer lugar, se realizó un mapeo del dominio D/D de Bcy1 por análisis bioinformático de secuencias y experimentos de entrecruzamiento químico utilizando mutantes de deleción de Bcy1 en su extremo N-terminal. En segundo lugar, se procedió al clonado, sobreexpresión en bacterias, y desarrollo de un protocolo de purificación del fragmento recombinante Bcy1 1-50. Posteriormente, se procedió a su caracterización estructural, para lo cual se utilizaron dos abordajes generales: estudiar la estructura en solución y elucidar la estructura cristalina. Para la primera parte, se determinó el estado oligomérico en solución y se obtuvieron parámetros hidrodinámicos característicos utilizando cromatografía de exclusión molecular (SEC), dispersión estática de la luz (SLS) y dispersión de rayos X a bajo ángulo (SAXS). Por otro lado, se estudió la estructura secundaria utilizando dicroísmo circular (CD). Finalmente, se construyó un modelo de la estructura en solución consistente con los datos experimentales, mediante herramientas de modelado molecular. En segundo lugar, se logró resolver la estructura cristalina utilizando difracción por rayos X (XRD). Recientemente, en nuestro grupo de investigación se han identificado varias proteínas interactoras de Bcy1. Estas proteínas son consideradas “candidatas” a ser las primeras AKAPs reportadas en levaduras. Para concluir este trabajo, se estudió la interacción entre el fragmento Bcy1 1-50 y un péptido sintético derivado de una de estas proteínas, Ira2. Para ello se utilizaron técnicas de dicroísmo circular y espectroscopía de fluorescencia