p38 MAPK conformen una família de proteïnes cinases activades per mitogens, sensibles a estímuls d'estrès i tensions ambientals com ara les citocines, la radiació ultraviolada, el xoc tèrmic i el xoc osmòtic. Intervenen en la diferenciació cel·lular, l'apoptosi i l'autofàgia, entre altres processos.
Les proteïnes cinases activades per mitogens (MAPK) formen part del grup de cinases intracel·lulars diana de diversos estímuls extracel·lulars i són, conseqüentment, reguladores d'un elevat nombre de processos i funcions cel·lulars.
Dins del grup de les MAP cinases es coneixen 4 subgrups: les cinases regulades per senyals extracel·lulars (ERK), els c-jun N-terminals o proteïnes cinases activades per estrès (JNK/SAPK), ERK/gran MAP cinasa 1 (BMK1) i el grup p38 de proteïnes cinases (p38 MAPK).
p38 MAP cinasa (MAPK), també anomenada RK, Mhog1, SAPK2 o CSBP (proteïna d'unió específica a la citocinina, de l'anglès cytoquinin specific binding protein), és la proteïna ortòloga en els mamífers de la MAP cinasa Hog1p dels llevats, i participa en una reacció en cascada de senyalització que controla les respostes cel·lulars provocades per citocines i estímuls d'estrès.
S'han identificat quatre tipus de p38 MAP cinases: p38-α (MAPK14), -β (MAPK11), -γ (MAPK12 / ERK6), i -δ (MAPK13 / SAPK4). Hi ha quatre gens codificadors de les p38 MAP cinases: MAPK14 per a p38-α (s'han identificat dues isoformes alternatives de MAP14), MAPK11 per a p38-β, MAPK12 per a p38-ɣ i MAPK13 per a p38-δ.
Les 4 isoformes presenten homologia en el 74 per cent de la seqüència d'aminoàcids que les conformen. p38-α és molt abundant a gairebé totes les cèl·lules, mentre que p38-β s'expressa en nivells molt baixos en comparativa, de manera que el seu paper a la via de senyalització roman bastant indefinit, ja que no és del tot clar. D'altra banda, l'expressió de p38-ɣ i p38-δ és més restringida, fet que ens permet entendre que tinguin funcions més especialitzades. p38-ɣ, que comparteix un 63 per cent de la seva estructura primària amb p38-α, s'aïlla principalment al múscul esquelètic. p38-δ, la qual té el 61 per cent de la cadena similar a la de p38-α, en canvi, abunda als pulmons, als ronyons, al pàncrees, a l'intestí petit i a les cèl·lules CD+ T.
De forma semblant a la via SAPK / JNK, p38 MAP cinasa s'activa com a conseqüència d'una gran varietat de processos cel·lulars, com ara la presència de lipopolisacàrids (LPS), factors de creixement, etc.
Les cèl·lules responen als canvis en les propietats físiques i químiques del medi mitjançant l'alteració de moltes funcions cel·lulars, com ara la taxa de metabolisme, la interacció amb altres cèl·lules i una gran quantitat de processos cel·lulars implicats en l'homeòstasi i la salut de l'organisme. Aquest comportament cel·lular en resposta a estímuls extracel·lulars està regulat per vies de senyalització intracel·lulars. Les MAP cinases són membres de les cascades de senyalització discretes i serveixen com a punts focals en resposta a una gran varietat d'estímuls procedents de l'exterior de la cèl·lula.
En els mamífers aquests canvis extracel·lulars activen quatre subfamílies de proteïnes cinases: ERK1/2, ERK5, JNK i p38s. Aquestes quatre subfamílies de proteïnes constitueixen els mòduls centrals de tres nivells bàsics de senyalització: MAPK cinasa cinases (MKKK), MAPK cinases (MKK) i les MAPK.
Les MAPK són activades mitjançant una doble fosforilació de la tirosina i la treonina en el subdomini VIII, on hi ha el bucle d'activació de la cinasa. Aquesta fosforilació és catalitzada per unes cinases específiques (MKK).
Propietats de les 4 isoformes La p38 fou aïllada per primer cop com a proteïna que tenia la capacitat de fosforilar la tirosina molt ràpidament en resposta a un estímul exterior provocat per la presència de lipopolisacàrids (LPS).
Gràcies a la clonació de l'ADNc de p38 es va observar que aquesta molècula tenia la capacitat d'unir derivats del piridinil imidazole, els quals se sap que són inhibidors de la biosíntesi de citocines inflamatòries, com la interleucina-1 (IL-1); o el factor de necrosi tumoral (TNF-α) en monòcits estimulats per LPS.
Els quatre tipus de p38 identificades fins al moment tenen diferents característiques: p38-α i p38-β s'expressen després de ser ubiquitinitzades, mentre que p38-γ i p38-δ s'expressen de diferent manera en funció del teixit apareixen.
Els quatre tipus de p38 són categoritzades com a proteïnes que tenen el motiu Thr-Gly-Tyr (TGY) de doble fosforilació.
Les quatre isoformes tenen un 60 per cent de la seqüència d'aminoàcids idèntica (la identitat p38) mentre que només comparteixen entre un 40 i un 45 per cent de la seqüència amb la resta de proteïnes de les altres tres famílies MAP cinases. miniatura|esquerra|Les p38 MAPK tenen un centre actiu o lligand que s'identifica com a P40. El seu nom sistemàtic és N-ciclopropil-4-metil-3-{2-[(2-morfolin-4-iletil)amino]quinazolin-6-il}benzamida, i té un pes molecular de 431.530 g/mol. La seva fórmula és: C25 H29 N₅ O₂. L'estructura secundària de les p38 està formada per un domini α-hèlix i un làmina-β.
Senyalització cel·lular La via metabòlica de senyalització de les p38 MAPK, ruta de transducció de senyals, permet que la cèl·lula interpreti una àmplia varietat de senyals externs i, a més, elabori i emeti una resposta adequada envers aquestes per mitjà de diversos efectes biològics.
El comportament d'una cèl·lula envers estímuls extracel·lulars ve determinat per mitjà de vies metabòliques de mediadors intracel·lulars. El grup de MAP cinases és responsable d'un elevat nombre de respostes cel·lulars a aquests estímuls, on destaca p38 MAP cinasa pel seu paper com a mediadora en la transducció de senyals i la seva importància en nombrosos processos biològics.
p38 MAPK intervé en un gran nombre de processos de transducció de senyals perquè és activada com a conseqüència d'un extens rang d'estímuls: les partícules inflamatòries, els factors de creixement i els senyals d'estrès ambiental, entre d'altres. D'aquesta manera, en funció del senyal que rep reconeix diferents substrats. Addicionalment, la localització concreta d'aquesta proteïna també comporta que pugui fosforilar diverses proteïnes, les quals duen cadascuna cap al desencadenament d'una via d'efectes biològics diversos. En conjunt, això suposa que les p38 MAPK juguin un paper clau en molts dels processos que es duen a terme a l'organisme: la migració de les cèl·lules i la seva proliferació cel·lular, el control del cicle cel·lular, la diferenciació cel·lular, l'angiogènesi, l'apoptosi i el procés d'inflamació.
Prèviament, però, per tal que aquesta pugui transmetre el senyal i activar els substrats que se situen al seu corrent baix, cal que la proteïna hagi estat activada. Una fosforilació al seu centre actiu desencadena un canvi a la conformació estructural de p38, sent aquest el procés que l'activa. Això és a causa que, en afegir-se el grup fosfat i reorganitzar-se la biomolècula peptídica, queda accessible a la resta de molècules el fragment on s'uneix el substrat -el centre d'unió de la proteïna-, de manera que és susceptible que s'hi uneixin, i s'estabilitza alhora el seu centre actiu. Sent així, la proteïna passa d'estar en un estat en el qual és poc afí als seus substrats, a un estat on ho és molt.
Seguidament, p38 MAPK es dirigeix cap als seus substrats diana del seu corrent baix i els afegeix grups fosfats, tot modificant la seva activitat amb la finalitat que aquests procedeixin amb la transmissió del senyal, ja sigui per mitjà de la seva inhibició o de la seva activació.
Atès que les p38 MAPK pertanyen al grup de cinases d'estrès, és d'elevada importància que els nivells de la proteïna activa romanguin baixos. Les fosfatases, enzims encarregats de catalitzar l'eliminació de grups fosfats, intervenen en el manteniment de concentracions baixes de p38 MAPK a l'organisme, ja que en desfosforil·lar-les aquestes retornen a la seva conformació inicial, de manera que resten inactives. D'altra banda, existeix també un altre mecanisme involucrat en aquesta sustentació: els inhibidors químics que bloquegen l'activitat enzimàtica.
Regulació de la via de senyalització de les p38 MAP cinases Estímuls extracel·lulars L'activació de p38 MAP cinasa es produeix en resposta a un gran nombre d'estímuls extracel·lulars distints i en diferents organismes, havent-se identificat i clonat homòlegs d'aquesta proteïna en llevats (Hog1 i Spc/Sty1), cucs (pmk-2), mosques (p38 a, b, c) i granota (p38).
En cèl·lules de mamífers, p38 MAPK ha resultat ser activada a conseqüència de l'estimulació de receptors com GPCR (receptor acoblat a proteïnes G), receptors de citocines, receptors que s'assemblen a Toll (Toll-like receptors), receptors de factors de creixement i associats a estrès ambiental, així com per citocines pro-inflamatòries.
El mecanisme d'activació de p38 s'inicia amb l'estimulació d'alguna de les diverses MAPKKK (MAP cinasa cinasa cinasa) d'entre l'ampli rang de les que intervenen en aquesta via metabòlica, per mitjà de senyals d'estrès químic o físic, com la irradiació amb llum ultraviolada (UV), isquèmia, calor, xocs osmòtics, hipòxia, citocines inflamatòries (TNF-α), citocines com la interleucina-1 (IL-1) i factors de creixement (CSF-1). Aquestes MAPPKK activen les MKK (MAP cinasa cinasa) i aquestes últimes activen p38 MAP cinasa.
Tot i que s'ha provat l'existència de grans similituds en els perfils d'activació de les 4 isoformes de p38 MAP cinases (α, δ, ɣ i β), es fan notòries les diferències en la cinètica d'aquests enzims i entre els seus nivells d'activació.
Així doncs, la via metabòlica que precedeix i succeeix a p38 és extensa i complexa, donada aquesta àmplia sèrie d'estímuls que desencadenen el seu funcionament i, per tant, l'activen. No obstant això, l'activació de p38 no només depèn del tipus d'estímul, sinó també del tipus de cèl·lula. D'aquesta manera, la insulina, per exemple, pot estimular l'activació de p38 a 3T3-L1 adipòcits, mentre que a les neurones de l'encèfal de pollets provoca la reducció de la seva activitat. alt=Via metabòlica de senyalització de l'enzim p38 MAP cinasa. |esquerra|frame|Les MAPK poden ser activades per citocines inflamatòries, factors de creixement o estímuls d'estrès ambiental. Les diferents cinases que intervenen en el corrent alt d'aquesta via destinades a activar p38 són les MAPKKK (MAP cinasa cinasa cinasa) i MAPKK (MAP cinasa cinasa). S'estableix un punt de relació amb la via de JNK, un altre gran tipus de MAPK, per tal de fer èmfasi en la possibilitat de coactivació entre ambdues vies. Tanmateix, els substrats pertanyents al corrent baix d'aquest enzim, com factors de transcripció entre d'altres, seran activats per mitjà d'una fosforilació, després de la qual desencadenaran processos biològics com a resposta elaborada envers els estímuls.
Cinases activadores de les p38 MAP cinases pertanyents al corrent alt de la via de senyalització L'activació de les distintes p38 és controlada de forma molt específica per mitjà de diferents reguladors i co-activada per combinacions d'aquests mateixos reguladors del corrent alt de la via metabòlica d'aquesta proteïna.
Les p38 són activades per cinases MKK (MAP cinases cinases, o MAPKK), de les quals hi ha principalment dos,mMKK3 i MKK6, també conegudes com a MEK3 i MEK6. L'activació d'aquesta proteïna es produeix per raó d'una fosforilació catalitzada per MKK3 i 6 de Thr-Gly-Tyr (TGY, treonina, glicina i tirosina). Ambdós catalitzadors presenten elevada afinitat i especificitat envers les p38, a causa que únicament activen a aquesta, no intervenen en les vies de JNK ni ERK. Aquesta diferenciació i especificitat enzim-substrat es postula com a generada a causa de les diferències en la forma fosforilada i la llargada de TGY respecte a les establertes en p38 en ERK i JNK.