La Spindlin 1, también conocida como SPIN1, es una proteína cuya estructura permite la unión de alta afinidad con histonas que metilan el ADN. Esta elevada capacidad de unión la convierte en un control epigenético de la célula, capaz de dirigir algunas vías de señalización y expresión génica. Estudios recientes relacionan diferentes tumores comunes en humanos a la elevada expresión de SPIN1, debido a que esta proteína promueve la proliferación celular, incrementa la resistencia a químicos y radiación y por ende aumenta las probabilidades de metástasis.
La identificación de esta proteína se dio por primera vez en oocitos de ratón y en su formación embrionaria. Esta forma parte del desarrollo embrionario de los ratones, ya que se localiza en el núcleo celular durante la interfase y promueve la expresión de ciertos genes, como rRNA.
Estructura Estructura
SPIN1 es una proteína codificada por el gen SPIN1, encontrado en el cromosoma 9 (humano) en la posición 9q22.1–22.3.
La estructura tridimensional de SPIN1 se diferencia en 2 fragmentos: el extremo N-terminal que no está estructurado y el resto de la proteína que está plegada para formar 3 dominios tudor en tándem. Cada dominio tudor supone una repetición de Spin/Ssty (consta de unos 50 aminoácidos). Se ha demostrado que la combinación de estos dominios tiende a formar un homodímero. Además, también se combinan tres dominios tudor para formar una estructura triangular que permite a la proteína reconocer modificaciones postraduccionales en las histonas, como por ejemplo la metilación. miniaturadeimagen|400x400px|Estructura simplificada de la proteína SPIN 1. Se muestran el número de aminoácidos de cada dominio tudor, repetición SPIN/Ssty y NoLS, y en el orden en el que se encuentran dentro del polipéptido.En cada dominio se encuentran dos iones fosfatos enlazados mediante puentes de hidrógeno con Thr95 y otros residuos. Esta interacción estabiliza la estructura en forma de bucle creada entre el dominio I y el dominio II. Esta estabilidad estructural es esencial para la regulación del ciclo celular por parte de SPIN1.
Por otra parte, el extremo N-terminal no está estructurado y contiene una NoLS que controla la localización nuclear de la proteína. Estudios recientes han demostrado que posiblemente la localización de esta proteína en el nucléolo está facilitada por el transportador B23.
Unión con histonas Las repeticiones tudor se unen a las partes H3K4me3 y H3R8me2a de la histona H3. H3K4me3 está trimetilada en la lisina 4 (Lys-4) mientras que H3R8me2a está dimetilada asimétricamente en la arginina 8 (Arg-8).Q9Y657 · SPIN1_HUMAN (no date) UniProt. https://www.uniprot.org/uniprotkb/Q9Y657/entry (Consultado el 22 de octubre de 2022 SPIN1 reconoce este patrón de metilación en la histona 3 y actúa como un activador de la vía Wnt/β-cat, PI3K/AKT y RET. Asimismo, las interacciones entre los diferentes dominios tudor de SPIN1 le confieren una gran afinidad a H3K4me3, lo que causa la facilitación de la transcripción de genes de rRNA.Lu, R. and Wang, G.G. (2013) “Tudor: A versatile family of histone methylation ‘readers,’” Trends in Biochemical Sciences, 38(11), pp. 546–555. Available at: https://doi.org/10.1016/j.tibs.2013.08.002.
Función Las principales funciones de SPIN1 son reconocer partes de la histona H3 y estimular la transcripción del ARN ribosomal (rRNA). Sin embargo, recientemente se ha demostrado que esta proteína está relacionada con la tumorgénesis.
Transcripción de rRNA miniaturadeimagen|300px|Esquema simplificado de la formación del complejo SPIN1 con la proteína C11orf84. C11orf84 se une al dominio tudor 3 de SPIN1 y, cuando el complejo reconoce H3R8me2A y H3K4me3, desplaza las proteínas HP1, permitiendo que entre la maquinaria de transcripción. El mecanismo según el cual SPIN1 activa la transcripción de rRNA había sido hasta el día de hoy una gran incógnita. Estudios recientes han mostrado una de las vías que causan la interacción entre los dominios tudor de la proteína y la transcripción genómica de ciertos genes rRNA.Du, Y. et al. (2021) “Structural mechanism of bivalent histone h3k4me3k9me3 recognition by the SPINDLIN1/C11ORF84 complex in rrna transcription activation,” Nature Communications, 12(1). Available at: https://doi.org/10.1038/s41467-021-21236-x.
La transcripción del RNA ribosómico está controlado por factores epigenéticos como la metilación del DNA y la presencia de histonas. A pesar de ser una de las transcripciones más activas, parte de los genes que la codifican se encuentran inactivados. Su transcripción es reprimida por algunos marcadores supresores, tales como la metilación de H3.
SPIN1 tiene un papel fundamental en la transcripción de rRNA. Esta proteína forma un complejo con C11orf84, debido a su interacción con el dominio tudor 3, previamente mencionado. Este complejo se une a una secuencia de péptidos de la histona H3 trimetilada en la lisina 4 (H3K4me3). Los dominios 1 y 2 se unen a la histona metilada, mientras que C11orf84 le confiere estabilidad al complejo. Se ha demostrado como el complejo Spindlin1/C11orf84 al unirse a H3, puede desplazar proteínas HP1 existentes en la cromatina equilibrada y permite que la maquinaria de RNA Pol I tenga acceso a estos genes de rRNA para la activación transcripcional.
Implicación de SPIN1 en la tumorgénesis SPIN1 puede controlar epigenéticamente múltiples vías de señalización asociadas a la tumorgénesis, incluidas las vías RP-MDM2-p53, Wnt, PI3K/AKT o RET. Pruebas considerables han demostrado que SPIN1 se sobreexpresa en muchos tipos de cáncer, lo que puede promover la proliferación celular, la transformación, la metástasis y la resistencia química o a la radiación. Con la creciente comprensión de la estructura de la proteína SPIN1, se han desarrollado algunos inhibidores para interferir con el reconocimiento entre SPIN1 y la metilación de las histonas H3K4me3 y H3R8me2a y bloquear sus funciones oncogénicas. Por lo tanto, desde el punto de vista terapéutico, SPIN1 puede convertirse en una nueva diana potencial para el tratamiento.
La pérdida y ganancia de dominios bivalentes, como H3K4me3/H3K9me3, son fundamentales para regular los impulsores pro-metastásicos en el melanoma. Estas observaciones han planteado una pregunta interesante sobre si el complejo Spindlin1/C11orf84 participa activamente en la regulación de estos genes maestros mediante el reconocimiento directo de la marca bivalente H3K4me3K9me3.
Se requiere de la biogénesis hiperactiva de ribosomas para satisfacer el rápido crecimiento y proliferación de células cancerosas. Dado que el complejo Spindlin1/C11orf84 promueve la transcripción de los genes de rRNA, no sorprende que Spindlin1 se sobreexprese en muchos cánceres humanos y participe en el crecimiento, la migración y la invasión de células tumorales. La eliminación de Spindlin1 suprimió el crecimiento y la proliferación celular en varias líneas de células tumorales. Por lo tanto, estos datos sugieren una nueva estrategia terapéutica para bloquear la unión de Spindlin1 a H3 metilado para inhibir el crecimiento tumoral y la metástasis.
Vías reguladas por SPIN1 durante la tumorgénesis miniaturadeimagen|300px|Los ovocitos de control se detuvieron en la etapa MII a las 44 horas de maduración in vitro. Los ovocitos sobreexpresados de SPIN1 se inmovilizaron anormalmente en MI a las 44 h sin progresar a MII, inducido por el BUB3 estado de la cola poli(A) y transcripción de BUB3. Por el contrario, la detención de SPIN1 aceleró la primera extrusión del cuerpo polar en la MII, aunque los ovocitos mostraron formación anormal del huso y segregación cromosómica. MI: metafase I; MII: metafase II; SPIN1: Spindlin-1
Se ha demostrado que SPIN1 actúa como regulador de la via RP-MDM2-p53 encargada de impedir la proliferación celular y por ende el crecimiento de células tumorales. El supresor de tumores p53 es una proteína que se activa frente a factores de estrés celular e inicia determinados mecanismos para reducir esta señal. La pérdida de este componente provoca daños perjudiciales para el genoma, se ha comprobado que el 50% de los cánceres humanos presentan mutaciones en el gen TP53 (codificante de la proteína p53) que provocan un mal funcionamiento de esta proteína. La inhibición de la biogénesis ribosomal puede activar a p53 a través de la supresión de la actividad de la ubiquitina ligasa E3 MDM2, una oncoproteína que oculta el dominio N-terminal implicado la activación de la transcripción por lo que intercepta la transcripción de p53 e induce su exportación fuera del núcleo y su posterior ubiquitinización El papel de p53 es posible gracias a la proteína uL18 que, en el núcleo, se une al complejo MDM2 inhibiendo su actividad de ligasa E3 hacia p53, permitiendo que esta lleve a cabo sus funciones. Estudios han observado que SPIN1 se une mediante una interacción específica a uL18 impidiendo que esta inhiba MDM2 lo que tiene como consecuencia la ubiquitinización y degradación de p53 en la célula lo que provoca el crecimiento anormal de las células. Además, para confirmar esta observación un estudio bloqueó el gen de SPIN1 (protein knockdown) lo que supuso la liberación de las proteína uL18 que se unieron al complejo MDM2 permitiendo la activación de p53 provocando la apoptosis celular e impidiendo la proliferación celular. En conclusión, la sobreexpresión de SPIN1 provoca la aparición y el crecimiento de tumores porque provoca la inhibición de la proteína p53.
La vía de señalización canónica de Wnt (Wingless signaling pathway) está bien caracterizada por una serie de pasos, que incluyen el inicio de la unión de las proteínas Wnt a los receptores, la transducción mediante la estabilización y la translocación nuclear β-catenin, y desencadenar la expresión del gen diana de TCF/LEF (factor de células T/factor potenciador de linfoides) y coactivadores. La sobreactivación de la señalización de Wnt puede aumentar la proliferación maligna y la invasión de células cancerosas, lo que conduce a la tumorgénesis. La expresión aberrante de SPIN1 se asoció fuertemente con la activación inapropiada de la señalización de Wnt en los cánceres. De dos formas: En primer lugar, SPIN1 interactúa con TCF-4 para activar la transcripción de genes diana oncogénicos, como c-Myc y ciclina D1. En segundo lugar, como lector de marcas de metilación de histonas, SPIN1 identifica el dual H3 K4me3miR8me2a patrón de metilación en los promotores de estos genes diana y activa su transcripción.
La vía de señalización PI3K/AKT/mTOR (mTOR: Diana de rapamicina en células de mamífero) juega un papel clave en la promoción de la proliferación de células cancerosas, la antiapoptosis y la transformación maligna. La PI3K activada (una fosfatidilinositol cinasa intracelular) puede activar la AKT (una proteína cinasa específica de serina/treonina) mediante señales extracelulares. La AKT activada se transloca desde la membrana plasmática al citoplasma y al núcleo, donde fosforila sustratos para mejorar o inhibir la actividad de las proteínas diana. La vía PI3K/AKT sirve como vía de señalización de SPIN1. La eliminación de SPIN1 restringe significativamente la expresión de moléculas clave en la vía PI3K/AKT, incluidas PIK3CA, AKT1/2/3, CREB1 y BCL2. Además, ante un efecto negativo en las células de glioma, la restauración de la expresión de SPIN1 es capaz de rescatar la proliferación celular y la progresión del ciclo celular al aumentar los niveles de p-AKT, p-mTOR, Cyclin D1 y BCL- XL y activar el vía PI3K/AKT.
La vía RET participa en la activación de PI3K/AKT para influir en la supervivencia y proliferación celular. El GDNF (factor neurotrófico derivado de la línea de células gliales) se une al protooncogén RET en la superficie celular, activando así la vía de señalización. SPIN1 podría co-localizarse con el factor de transcripción MAZ en los sitios H3K4me3 del promotor GDNF para mejorar la expresión de GDNF.
Relación con el metabolismo lipídico