La wee 1 és una proteïna quinasa nuclear que pertany a la familia de les Serina/Treonina quinasas (Ser/ Thr) i actua com a reguladora clau del cicle cel·lular, controlant el pas de la fase G2 a la fase M per garantir la correcta divisió de la cèl·lula. És un component essencial d'aquest punt de control G2/M i té un paper important en el manteniment de l'estabilitat genòmica.
Introducció miniatura|Estructura tridimensional de la quinasa Wee1A humana. Font: Creació pròpia. El manteniment d'una mida cel·lular adequada és essencial per assegurar el correcte desenvolupament i funcionament de qualsevol cèl·lula. Aquesta mida no és aleatòria, sinó que resulta d'un equilibri precís entre el creixement i la divisió cel·lular. Les cèl·lules disposen de mecanismes interns sofisticats que integren senyals provinents de l'exterior com la disponibilitat de nutrients, la presència de factors de creixement o l'estat fisiològic del teixit amb processos interns de regulació, garantint així que la divisió només es produeixi quan s'han assolit les condicions òptimes.
Dins d'aquests mecanismes de control, destaquen els punts de control del creixement cel·lular, que actuen com a punts de vigilància per assegurar que cada fase del cicle cel·lular es completi correctament abans de continuar. Un dels components clau d'aquest sistema és la proteïna Wee1, que regula el moment d'entrada a la mitosi i, en conseqüència, la mida final de les cèl·lules filles. Quan la seva activitat es veu reduïda o inactivada, la cèl·lula inicia la divisió de manera prematura, donant lloc a cèl·lules anormalment petites.
El nom de la Wee1 prové del mot escocès wee, que significa "petit", en referència a aquest fenomen observat. Aquesta proteïna, va ser descoberta l'any 1978 pel científic Paul Nurse a la Universitat d'Edimburg, durant els seus estudis sobre el control del cicle cel·lular en el llevat de fissió Schizosaccharomyces pombe (S. pombe). Les investigacions amb aquest llevat van identificar diversos mutants sensibles a la temperatura que duien a terme la divisió cel·lular amb una mida reduïda, fet que va conduir a la denominació del gen afectat com a Wee1. Posteriorment, es va comprovar que aquest gen també és present en cèl·lules humanes i que resulta essencial per a la viabilitat embrionària en mamífers.
Estructura miniatura|323x323px|Estructura de Wee1. Representació dels dominis de la proteïna, dels llocs de fosforilació, unió d'inhibició, d'activació i senyal de localització nuclear. FONT: Creació pròpia. Wee 1, també coneguda com Wee1A o Wee1Hu és una serina/treonina quinasa formada per 646 aminoàcids amb un pes molecular de 94 kDa que comprèn tres dominis: un domini regulador N-terminal (NRD, aa 1-290), un domini quinasa C-terminal (KD, aa 291-646) i un domini regulador C-terminal (CRD, aa 600-646). La seva estructura tridimensional s'ha estudiat mitjançant cristal·lografia de raigs X i modelatge per homologia.
Domini regulador N-terminal El NRD regula l'estabilitat, localització i interaccions de senyalització de Wee1. Aquesta regió conté diversos llocs de fosforilació, com ara S53 (diana de PLK1) implicat en la degradació de la proteïna, S121 (diana de CK2) necessari per mantenir-ne l'estabilitat, i S121 (diana de CDK1) que participa en el control de la degradació. S239, situat en la denominada WEE box (233VNINPFT239P240), diana de CDK2-Ciclina A i regula l'activitat catalítica. L'NRD també inclou diversos motiius reguladors com el NLS (nuclear localization signal, 252RRRKR256), responsable de la localització nuclear, i quatre motius RxL entre ells RxL1 que s'uneix al complex Ciclina A-CDK, facilitant la fosforilació del residu T239. Un altre element regulador clau d'aquest domini és el senyal d'exportació nuclear (NES, 175PHKTFRKLRL184) que permet que Wee1 sigui exportada fora del nucli, un procés regulat per la fosforilació de AKT)
Domini quinasa C-terminal El KD és el responsable de la funció enzimàtica de la proteïna Wee1, presentant elements estructurals essencials com el G-loop (aa 306-311) implicat en la unió d'ATP, el domini quinasa (aa 422-433, 424HMD426) necessari per a la regulació de l'activitat catalítica, i el segment d'activació (aa 462-486, 463DLG465, 484ANE486) que controla directament l'activitat enzimàtica.
Domini regulador C-terminal El CRD, (aa, 600-646) participa en el control de l'estabilitat, la degradació i la localització cel·lular de la proteïna. En aquest domini, el residu S642, diana de BRSK1/2, AKT i CHK1, afavoreix l'estabilitat i l'exportació nuclear de Wee1. La fosforilació d'aquest residu incrementa la seva afinitat per les proteïnes 14-3-3, la qual cosa pot conduir a la retenció citoplasmàtica o a la degradació de Wee1. El CRD també conté un motiu d'unió a les proteïnes 14-3-3 (639RSVpSLT644), que interaccióna amb 14-3-3 xaperones contribuint a mantenir l'estabilitat i la localització de Wee1, i evitant així la seva degradació prematura. Aquesta regió és rica en residus de serina i treonina, que actuen com a llocs de fosforilació. El motiu PEST funciona com un senyal d'inestabilitat, promovent la degradació proteasòmica i la interacció amb les lligases d'ubiquitina E3, fet que regula el cicle de renovació de Wee1.
Regulació de Wee 1 Interfase miniatura|Regulació de Wee 1. FONT: Creació pròpia. A les cèl·lules humanes la regulació de Wee 1 depèn de fosforilacions, desfosforilacions, degradació proteasomal i canvis en la seva localització subcel·lular. Durant la interfase, CDK2 fosforila a Wee 1 en la serina 123, desencadenant una segona fosforilació per CK2α en la serina 121. Com a resultat, es genera un fosfodegrón que promou el reconeixement de Wee 1 per la proteïna F-box β-TrCP del complex SCF, per a la seva ubiqüitinació i degradació. Per mantenir nivells adequats de Wee 1 i així evitar la mitosi prematura, la fosfatasa Cdc14 elimina la fosforilació a S123 i MIG6 estabilitza a Wee 1 en competir amb β-TrCP.
Transició fase G2/M Durant la transició G2/M, a l'entrada de la mitosi, la fosfatasa CDC25 promou la desfosforilació de CDK2 en Y15, incrementant la seva activitat sobre Wee 1. Desencadena la desfosforilació de CDK1, incrementant la seva activitat i establint un bucle de retroalimentació positiva per CDK1. Així intensifica la fosforilació i inactivació de Wee1, establint un bucle de retroalimentació negativa que condueix a la seva completa inactivació i a l'inici de la meiosi. Wee 1 també pot ser fosforilada en S472 i T239 (Wee box) per CDK2/Cyc A i en S212 per CK2δ, són modificacions que faciliten la seva degradació mediada per β-TrCP. En mitosi, CDK1 fosforila Wee 1 en S123 i Plx1 en S53, promovent la seva associació amb β-TrCP, ubiqüitinació i degradació. La degradació de Wee 1 depèn del proteosoma, després de la seva ubiqüitinació.
Mitosi Durant la mitosi, Wee 1 es relocalitza del nucli al citoplasma a través de l'exportina CRM1 per una seqüència d'unió a Wee 1. Si dos residus de la seqüència es muten o s'inhibeix CRM1, no es produeix la relocalització. A la sortida de la mitosi, abans que baixin els nivells de CycB, es produeix una desfosforilació de CDK1 en Y15, això suggereix que l'activitat de Wee 1 és necessària per a la sortida de la mitosi. Llavors, la fosfatasa Fcp1 desfosforila la T239, reactivant Wee 1 i col·laborant amb Cdc20 en l'activació del complex APC/C per a la degradació de ciclina B. En aquesta fase, MIG6 torna a estabilitzar Wee 1 en competir amb β-TrCP.
Fase G1/S En la fase G1/S, Wee 1 és regulada per la seva fosforilació, mediada per CDK2 i CDK1 a Y15 on s'inhibeix la seva activitat cinasa i controla la transició cap a la fase S. La seva inhibició provoca la replicació prematura de l'ADN, dany genètic i alteracions en la velocitat de replicació. A més, el paper de Wee 1 en diversos processos s'aturarà com ara, evita la degradació prematura de RRM2, estabilitza la ciclina E i prevé la fosforilació primerenca de SLX4, protegint la integritat cromosòmica.
Funció Wee1 inhibeix CDK1 mitjançant la fosforilació en dos residus diferents, Tyr15 i Thr14. CDK1 és una cinasa essencial per al control dels punts de transició del cicle cel·lular que depenen de les ciclines. La regulació de la seva activitat per part de Wee1 és fonamental en diferents punts de control del cicle cel·lular.
Punt de control G2/M Wee1 fosforila els aminoàcids Tyr15 i Thr14 de CDK1 durant interfase, mantenint així la seva activitat cinasa a nivells baixos i evitant que la cèl·lula entri prematurament en mitosi. En Schizosaccharomyces pombe, això pot comportar un creixement cel·lular més prolongat abans de la divisió. Quan l'ADN pateix danys —per exemple, a causa de radiació gamma—, el sistema de vigilància cel·lular retarda l'entrada en mitosi per permetre la reparació. L'allargament de la fase G2 depèn de l'activitat de Wee1; les cèl·lules mutants de wee1 no mostren aquesta prolongació de la fase G2 després de la irradiació. S'ha demostrat que la inactivació de CDK1 regulada per Wee1 presenta un comportament ultrasensible a causa de la competència pel substrat. Al llarg del cicle cel·lular, l'activitat de Wee1 incrementa en G2, i coincideix amb la major fosforilació de CDK1; durant l'entrada en mitosi, l'activitat de Wee1 disminueix dràsticament per acció de diversos reguladors i incrementa l'activitat de CDK1. En S. pombe, la proteïna cinasa Pom1 es localitza als pols cel·lulars i activa una via de senyalització en la qual Cdr2 inhibeix Wee1 a través de Cdr1.
Quan la cèl·lula està en condicions de dividir-se, Wee1 és inactivat per l'activitat de diferents CDK, creant un bucle de retroalimentació positiva. Això provoca una major activitat de CDK1 i una menor activitat de Wee1 i afavoreix la transició a la mitosi. Cal destacar que la simple disminució de l'activitat de Wee1 no és suficient per permetre l'entrada en mitosi: també és necessària la síntesi de ciclines i una fosforilació activadora mediada per una cinasa activadora de CDK (CAK).
Aquest control garanteix que la cèl·lula completi la fase G2 del cicle cel·lular amb l'ADN completament replicat i els mecanismes d'activació activats. Evita una mitosi prematura que podria conduir a inestabilitat genòmica.
Punt de control fase S Wee1 controla la iniciació de la replicació al limitar l'activitat de CDKs (CDK2/CDK1) perquè redueix l'activació inapropiada d'orígens de replicació i evita estrés replicatiu. També contribueix a l'estabilitat de forquetes de replicació estancades de manera independent de la seva acció sobre la iniciació; la seva inhibició pot desestabilitzar forquetes i promoure trencaments de doble cadena. Això subratlla una funció protectora essencial enfront de l'estrès replicatiu.
Punt de control de la mida cel·lular Hi ha evidències de l'existència d'un punt de control del volum cel·lular, que impedeix que les cèl·lules massa petites entrin en mitosi. Cdr2 actua com a regulador dependent de la dosi de la mida cel·lular mitjançant l'acaparament del seu substrat Wee1 en agrupacions citoplasmàtiques, allunyant-lo de Cdk1 al nucli. Aquest mecanisme té implicacions per a altres cinases agrupades, que poden actuar de manera similar mitjançant l'acaparament de substrats. Es conclou que Wee1 coordina la mida de la cèl·lula amb la progressió del cicle cel·lular, assegurant que la divisió només es produeixi quan la cèl·lula ha assolit una mida adequada.
Implicació en el càncer En la regulació de l'apoptosi induïda per danys al ADN hi participa el factor promotor de la maduració (MPF). La regulació negativa d'aquest factor per part de Wee1 provoca una mitosi anòmala que afavoreix la resistència de les cèl·lules a l'apoptosi induïda per danys al ADN. El Kruppel-like factor 2 (KLF2) regula negativament Wee1 humana, incrementant la sensibilitat a l'apoptosi induïda per danys al ADN en cèl·lules canceroses.
Wee 1 com a possible tractament contra el càncer Expressió de Wee1 en tumors