Nuevas dianas de actuación de la proteína quinasa activada por AMP (AMPK)

Abstract

En múltiples tejidos de mamíferos, la proteína quinasa activada por AMP (AMPK) controla el metabolismo de la glucosa y de los lípidos. Esta importante función de AMPK como sensor energético conservado evolutivamente y regulador clave del metabolismo estaría, además, apoyada por el papel de su ortólogo en el metabolismo de la glucosa del eucariota unicelular Saccharomyces cerevisiae. La proteína se activa en respuesta a un aumento en la relación de AMP respecto a ATP en el interior de la célula y, por lo tanto, actúa como un eficiente sensor del estado energético celular. Con el objetivo de mantener el balance energético celular, la activación de AMPK va a inhibir rutas anabólicas y otros procesos que consuman ATP, mientras que va a activar rutas catabólicas que generen ATP. Estos efectos se alcanzan tanto por fosforilación rápida y directa de enzimas metabólicas como a través de efectos a largo término en la expresión de genes y proteínas. Debido al papel central que AMPK tiene en el control del metabolismo energético, la identificación de nuevas proteínas que puedan interaccionar con ella puede ayudar al entendimiento de las funciones de AMPK. Mediante un escrutinio de doble híbrido en levadura de una genoteca de cDNA de páncreas humano y, utilizando AMPK α2 como cebo, se identificó TRIP6. TRIP6 es un coactivador transcripcional perteneciente a una familia de proteínas con dominios LIM que se localizan en placas de adhesión focal. TRIP6, además de interaccionar con la subunidad catalítica de AMPK cuando ambas proteínas están en el núcleo, también aparece fosforilado en su extremo amino-terminal por acción de AMPK in vitro. Y aunque la activación de AMPK no afecta a la localización subcelular de TRIP6, sí que incrementa sus propiedades transactivadoras. Últimamente se ha apuntado a TRIP6 como coactivador de genes regulados por NF-B. Consistentemente con estas observaciones, la actividad transcripcional de TRIP6 sobre promotores regulados por NF-B aumenta significativamente en condiciones de activación de AMPK. Dentro de los efectos metabólicos que produce AMPK, una mención especial merece su implicación en la regulación del metabolismo del glucógeno. Así, AMPK es capaz de interaccionar con R5, una de las subunidades reguladoras de la proteína fosfatasa de tipo 1 (PP1). PP1 es la responsable de la defosforilación de la glucógeno sintasa y de la glucógeno fosforilasa, conduciendo a la síntesis de glucógeno. También se ha descrito que R5 es capaz de interaccionar con laforina, una de las proteínas implicadas en la enfermedad de Lafora. La epilepsia mioclónica progresiva de tipo Lafora es un desorden autosómico recesivo de consecuencias fatales caracterizado por la presencia de acúmulos de glucógeno poco ramificado en distintos tipos celulares, denominados cuerpos de Lafora. Hasta el momento se han identificado dos genes que se encuentran mutados en la enfermedad de Lafora. El primero codifica para la proteína laforina y el segundo, para una E3 ubicuitina ligasa, denominada malina. R5 es una fosfoproteína in vivo cuyo grado de fosforilación se ve afectado por AMPK. Se desconoce todavía el residuo donde reside esta fosforilación, aunque hemos podido descartar la Ser35. La activación de AMPK conduce a una disminución del efecto glucogenogénico producido por la sobreexpresión de R5. Este efecto puede también producirse a través del complejo laforina-malina, ya que laforina interacciona y también puede ser fosforilada in vitro por AMPK, y la formación del complejo laforina-malina está regulada positivamente por AMPK. El complejo laforina-malina inhibe la producción de glucógeno debida a la sobreexpresión de R5, mediante la degradación de R5. Sin embargo, la expresión de una forma dominante negativa de AMPK puede prevenir la inhibición por parte del complejo laforina-malina de los efectos glucogenogénicos de R5.

AMP-activated protein kinase (AMPK) acts as a sensor of cellular energy charge. Once activated it switches on catabolic pathways and switches off many ATP-consuming processes (anabolic pathways) to preserve the energy status of the cell. This important function is supported by SNF1 complex, its ortologue in Saccharomyces cerevisiae. The identification of new proteins able to interact with AMPK may be useful in order to understand new AMPK roles. To identify new targets of AMPK action we have performed a two-hybrid screening of a human pancreas cDNA library, using AMPK α2 as a bait. As a result, we have identified TRIP6 as a novel target of AMPK. This protein belongs to the zyxin family of proteins located at the focal adhesion plaques. TRIP6 interacts with AMPK α2 when both proteins are in the nucleus. AMPK is able to phosphorylate in vitro TRIP6 at the N-terminus. Although AMPK activation does not affect subcellular localization of TRIP6, transcriptional co-activator properties of TRIP6 on NF-kB-regulated promoters were enhanced by AMPK action. AMPK is also involved in glycogen metabolism. AMPK interacts physically with R5, one of the glycogen targeting subunits of type 1 protein phosphatase (PP1). PP1 dephosphorylates glycogen synthase and glycogen phosphorylase, leading to glycogen synthesis. It has been also described that R5 interacts with laforin, one of the proteins implicated in Lafora disease. Lafora progressive myoclonus epilepsy is a fatal autosomal recessive neurodegenerative disorder characterized by the presence of glycogen-like intracellular inclusions called Lafora bodies. Lafora disease associates with mutations in two genes, encoding respectively laforin, a dual-specificity protein phosphatase, and malin, an E3 ubiquitin ligase. R5 is also phosphorylated by AMPK and its phosphorylation status is modified by AMPK in vivo. AMPK activation decreases the glycogenic effect of R5, and this effect can be also produced through laforin-malin complex, because AMPK interacts and phosphorylates laforin in vitro, and the interaction between laforin and malin is regulated by AMPK. Thus, laforin-malin complex downregulates the glycogenic activity of R5 and the expression of a dominant negative form of AMPK impairs the effect of the laforin-malin complex on the glycogenic activity of R5