La proteïna PINK1 (PTEN-induced putative kinase 1) és un enzim del tipus serina/treonina cinasa de la família dels gens PARK, codificat pel gen autosòmic PINK1 i sintetitzat al citosol. Com totes les cinases del seu grup, PINK1 té la funció de fosforilar els grups OH dels aminoàcids serina i treonina.
Generalment, PINK1 es troba a les cèl·lules de tot el cos, però als músculs, al cor i als testicles, la concentració d'aquest pèptid és més abundant.
Pel que fa a l'estructura, la proteïna PINK1 està formada per un domini cinasa, una regió transmembrana i una seqüència anomenada Mitochondrial Targeting Sequence que la dirigeix als mitocondris de la cèl·lula. Es creu que la seva funció al mitocondri és protegir-lo de l'estrès oxidatiu per a evitar defectes en la respiració cel·lular, fosforilant les proteïnes TRAP1 i HtrA2.
Una mutació o dèficit d'aquesta proteïna s'ha associat amb l'aparició primerenca de la malaltia de Parkinson, un trastorn neurodegeneratiu molt comú caracteritzat per problemes progressius amb el moviment i l'equilibri.
La importància de la proteïna PINK1 en el Parkinson i altres problemes relatius al seu dèficit o mutació fan que es continuï investigant en profunditat el seu funcionament i estructura.
Estructura La proteïna PINK1 en mamífers està formada per 581 aminoàcids, i el seu gen es troba en la posició 36 del cromosoma 1. Consta d'una seqüència N-terminal que la destina als mitocondris, una hèlix transmembrana, un domini de serina/treonina cinasa i un domini C-terminal de funció desconeguda. Recent sintetitzada, té una massa molecular aproximada de 63kDa. Més tard és seccionada per altres proteïnes als mitocondris i la seva massa resultant és de 52kDa.
Tot i que encara no s'ha cristal·litzat completament l'estructura de PINK1, la semblança del seu domini cinasa amb altres cinases serina/treonina ha portat a molts grups científics a elaborar-ne un model homòleg. La família de les cinases calmodulina-dependents és la que comparteix un nombre més gran de característiques estructurals amb PINK1.
En general, el domini cinasa està format per lòbuls N-terminals i C-terminals que, en la majoria de cinases, poden subdividir-se en dominis menors. La fissura entre els dos lòbuls alberga el lloc d'unió catalític i el de l'ATP:Mg2+ .
PINK1 també conté tres insercions de bucles, úniques a aquesta proteïna, on es poden trobar mutacions pròpies de la malaltia de Parkinson. La funció d'aquestes insercions es desconeix. Per altra banda, el domini cinasa de PINK1 conté un bucle d'activació amb dues serines (Ser401-Ser402). La seva fosforilació ha mostrat ser activadora en altres cinases. El bucle d'activació també conté arginina (Arg407), lloc de mutacions en el cas del Parkinson i potencial lloc d'interacció amb una serina fosforilada.
PINK1 és normalment importada a través de les membranes mitocondrials exterior i interior. Allà és trencada per la peptidasa de processament mitocondrial (MPP) i per PARL/AFG3L2, respectivament. El lloc d'escissió a la MPP es desconeix, però probablement està localitzat als aminoàcids 20-70. PARL trenca PINK1 entre Ala103 i Phe104, a l'hèlix transmembrana. També s'ha indicat que aquesta hèlix hidròfoba actua com un senyal de parada que evita la translocació a la matriu mitocondrial.
El fragment de processament resultant, de 52 kDa, tindrà diverses destinacions: en la seva forma soluble, és exportat al citosol, on serà degradat pel proteasoma. D'altra banda, un estudi recent mostra que el fragment de 52 kDa també pot quedar retingut a la membrana mitocondrial externa per mitjà del seu fragment C-terminal.
Funció biològica Proteïnes cinasa miniatura|El procés de la fosforilació d'una proteïna X és mediat per una cinasa que hi adhereix un grup fosfor provinent normalment d'un ATP.Les proteïnes cinasesInterPro - European Bioinformatics Institute. Web: http://www.ebi.ac.uk/interpro/entry/IPR001245 són uns enzims que actuen com a mediadors en un procés clau a les cèl·lules anomenat fosforilació. Aquestes proteïnes catalitzen la transferència d'un grup fosfat provinent d'un trifosfat d'adenosina (ATP) a un o més aminoàcids. Aquest fet, dona lloc a un canvi en la conformació espacial de la proteïna diana, afectant la seva funció. Per exemple, la fosforilació pot induir canvis en l'activitat enzimàtica, l'associació amb altres proteïnes, etc. Les cinases es poden classificar en tres tipus: les que actuen sobre la serina i la treonina; les que actuen sobre la tirosina, i les que actuen sobre totes tres. Aquesta última rep el nom de «cinasa amb especificitat dual» perquè engloba els dos tipus anteriors.
Aquestes proteïnes tenen un paper molt important en una gran diversitat de processos cel·lulars, entre els quals s'han de destacar la divisió, l'apoptosi i la diferenciació cel·lular.
Síntesi i ubicació cel·lular La proteïna PINK1 és codificada per un gen situat a l'ADN nuclear que presenta el mateix nom (gen PINK1). De fet, el 99 per cent de les proteïnes mitocondrials provenen de l'ADN nuclear, com en el cas de la PINK1. La resta de proteïnes són codificades per gens situats a l'ADN mitocondrial (ADN circular similar al dels bacteris, que té capacitat autoreplicativa independent de la cèl·lula). miniatura|A la dreta podem veure que un cop s'ha reconegut i desplegat la proteïna, aquesta atravessa la membrana a través dels sistemes TOM i TIM. I a l'esquerra, observem que la proteïna patirà un tall que permetrà la seva alliberació al citosol, on serà degradada. Es considera que la PINK1 està formada per tres regions indispensables: una és el domini cinasa; el segon és un domini transmembrana (TM); i el darrer és una seqüència senyal anomenada mitochondrial targeting sequence (MTS), que correspon als primers 34 aminoàcids de la proteïna.Enza Maria Valente, Silvia Michiorri, Giuseppe Arena, Vania Gelmetti. PINK1: One Protein, Multiple Neuroprotective Functions. Future Neurology. 2009;4(5):575-590. http://www.medscape.com/viewarticle/711447_1 La MTS és reconeguda pel receptor complementari de la proteïna situat a la membrana dels mitocondris.
Un cop acabada la síntesi de la proteïna (al citosol) i les posteriors modificacions post-traduccionals que fan que la proteïna sigui biològicament activa, aquesta es dirigeix cap al compartiment diana (el mitocondri), on la seqüència senyal MTS serà reconeguda per un receptor anomenat TOM. Prèviament, les xaperones iniciaran un procés de desplegament de la PINK1 per tal de poder fer factible el reconeixement i la posterior entrada de la proteïna al mitocondri. Si ha d'entrar una proteïna dins el mitocondri, aquesta no pot fer-ho amb la seva estructura terciària. Per això, adopta lestructura secundària per poder ser reconeguda pel receptor corresponent i travessar la membrana.
Quan la proteïna es troba a l'espai intermembrana, el domini TM interacciona amb el sistema TIM (un altre sistema de reconeixement i transport). Aleshores, una proteasa anomenada MPP talla la MTS, atès que un cop la proteïna ha entrat al compartiment diana, la seqüència senyal no té cap utilitat. Per tant, la resta de la proteïna PINK1 es fixa a la membrana interna (polaritzada) a través del domini transmembrana, deixant la cinasa a l'espai intermembrana.Yuzuru Imai. Mitochondrial Regulation by PINK1-Parkin Signaling. ISRN Cell Biology. Volume 2012 (2012), Article ID 926160, 15 pages (web:http://dx.doi.org/10.5402/2012/926160). Quan aquest procés ha finalitzat, la proteïna es torna a plegar i esdevé funcional.
Tanmateix, les proteïnes perden funcionalitat amb el temps i s'han de degradar. Aquest procés s'inicia quan una altra proteasa anomenada PARL fa una incisió sobre el domini TM. Consegüentment, la resta de la proteïna es desprèn de la membrana interna i surt al citosol on serà degradada.
Funció al mitocondri miniatura|139x139px|Fosforilació TRAP1miniatura|137x137px|Fosforilació HtrA2La funció de la PINK1 no està del tot clara, però es creu que ajuda a protegir el mitocondri de l'estrès oxidatiu (el qual pot induir defectes en la respiració mitocondrial) mitjançant la fosforilació de dues proteïnes determinades: la TRAP1 i la HtrA2.
La TRAP1 és una xaperona mitocondrial: proteïna que permet el plegament i el desplegament d'altres pèptids. Quan aquesta és fosforilada per la PINK1, evita l'alliberació del citocrom C (proteïna transportadora d'electrons) al citosol, on s'induirà l'apoptosi a conseqüència de l'estrès oxidatiu. Aleshores, el citocrom C es mantindrà a la membrana interna i participarà en la cadena respiratòria, procés inclòs al metabolisme oxidatiu que té com a objectiu final l'obtenció d'energia (ATP).Asa Abeliovich. Parkinson's disease: Pro-survival effects of PINK1. Nature 448, 759-760 (16 agost 2007) | doi:10.1038/448759a; Published online 15 agost 2007. web: http://www.nature.com/nature/journal/v448/n7155/full/448759a.html El procés de fosforilació de la proteasa HtrA2 comença quan el mitocondri rep un senyal d'estrès anomenada MEKK3 que activa el pèptid p38. La p38 s'uneix al complex HtrA2 inactiu, induint la fosforilació de la proteasa per acció de la PINK1. Un cop fosforilada, la proteasa (ja activa) es creu que catalitza la degradació de proteïnes mal plegades o no-funcionals i activa un via de resposta a l'estrès oxidatiu mitjançant una molècula de senyalització.Emad S. Alnemri. HtrA2 and Parkinson's disease: think PINK?. Nature Cell Biology 9, 1227 - 1229 (2007); doi:10.1038/ncb1107-1227. Web: http://www.nature.com/ncb/journal/v9/n11/full/ncb1107-1227.html
Funció patològica La neuropatologia de la malaltia de Parkinson, el segon trastorn neurodegeneratiu més comú després de la malaltia d'Alzheimer, es caracteritza per la degeneració de les neurones dopaminèrgiques en el cervell mitja conseqüència de la disfunció mitocondrial. Aquest efecte és a causa de alteracions i dèficit de la proteïna PINK1, la qual és una important reguladora de l'activitat de la proteasa HtrA2 associada a l'estrès mitocondrial.
L'exposició de les cèl·lules a l'estrés ambiental o intern causa el mal plegament o el dany de moltes proteïnes cel·lulars. La capacitat de les cèl·lules per respondre davant aquestes tensions és de gran importància per la seva supervivència.
Les cèl·lules han desenvolupat diversos mecanisme per detectar, eliminar o corregir mal plegaments o proteïnes danyades. Un d'ells és el que té lloc al mitocondri, l'anomenat control de qualitat mitocondrial.
Els gens que estan implicats en la regulació mitocondrial són Parkin, PINK1, DJ-1 i HtrA2/Omi. Recents estudis genètics moleculars i biològics han revelat que Parkin i PINK1 exerceixen papers essencials en el control de qualitat mitocondrial.
La HtrA2 activa (fosforilada) pot degradar les proteïnes mal plegades o danyades, o activar una via de resposta a l'estrès mitocondrial mitjançant l'activació d'una molècula de senyalització. Si hi ha una alteració en la proteïna cinasa PINK1, aquesta perd la seva funció, impedint la fosforilació de la proteasa Htra2, fet que impossibilita que aquesta adopti la seva conformació activa i pugui degradar totes aquelles proteïnes mal plegades o danyades. Com a conseqüència, hi haurà una acumulació d'aquestes proteïnes plegades incorrectament al mitocondri i per tant, una disfunció mitocondrial (deteriorament de la cadena respiratòria mitocondrial i defectes en la dinàmica mitocondrial).