Similitudes y diferencias en la estructura y función de ß-catenina y plakoglobina

Abstract

b-catenina y plakoglobina (también llamada g-catenina) son dos proteínas homólogas esenciales para la formación y el mantenimiento de los contactos célula-célula entre células epiteliales. En las uniones adherentes, b-catenina y plakoglobina interaccionan de forma independiente con el dominio citoplasmático de los receptores de adhesión celular de la familia de las cadherinas, uniéndolos al citoesqueleto de actina mediante la asociación con a-catenina. Plakoglobina también es un componente de la capa submembranal de los desmosomas.<br/>Además de su papel estructural en las uniones adherentes, b-catenina interviene en señalización celular actuando como miembro de la vía Wnt. Está menos claro si su homóloga plakoglobina también presenta esta papel en señalización.<br/>El objetivo principal de este trabajo ha consistido en caracterizar las analogías y diferencias de b-catenina y plakoglobina en su interacción con el factor de transcripción Tcf-4 y con componentes de las uniones adherentes y los desmosomas.<br/>Hemos determinado que Tcf-4 es fosforilado in vitro por la proteína quinasa CK2 en los amino ácidos Ser-58-Ser-59-Ser-60. Hemos comprobado que la fosforilación de estos residuos no modifica la interacción del Tcf-4 con b-catenina pero si reduce su asociación con plakoglobina. Se han comparado los sitios de unión de estas dos proteínas con el Tcf-4; mientras que b-catenina requiere los primeros 50 amino ácidos del Tcf-4, plakoglobina interacciona principalmente con los residuos 51-80. Se han detectado in vitro complejos ternarios formados por b-catenina/Tcf-4/plakoglobina, indicando que es posible la unión simultánea de las dos proteínas armadillo al Tcf-4. Se han llevado a cabo experimentos utilizando una forma mutada del Tcf-4 cuya interacción con plakoglobina se encuentra disminuída y se ha comprobado que la unión de plakoglobina afecta negativamente a la actividad transcripcional del Tcf-4. Estos resultados indican que el Tcf-4 contiene dos sitios de unión diferentes para b-catenina y plakoglobina y que la interacción de esta última regula la actividad transcripcional del complejo.<br/>Había evidencias de que la fosforilación en residuos tirosina de los componentes de los complejos de adhesión regulaba la estabilidad de estos complejos. Hemos caracterizado que la fosforilación de b-catenina en los residuos Tyr-142 y Tyr-654 disminuye la interacción de esta proteína con a-catenina y E-cadherina, respectivamente. La identificación de las tirosina quinasas que catalizan estas modificaciones indica que la Tyr-142 de b-catenina es un buen sustrato de las quinasas Fer y Fyn, mientras que la Tyr-654 es modificada por el receptor de EGF o proteínas relacionadas.<br/>Una regulación similar se ha propuesto para plakoglobina en los desmosomas y uniones adherentes. Nuestros resultados indican que, aunque b-catenina y plakoglobina son dos proteínas homólogas, las mismas tirosina quinasas fosforilan diferentes residuos en las dos proteínas. Además, la fosforilación de residuos equivalentes causa efectos totalmente diferentes en la interacción de plakoglobina y b-catenina con sus cofactores celulares. Por ejemplo, Src que fosforila principalmente la Tyr-86 en b-catenina, modifica la Tyr-643 en plakoglobina disminuyendo su interacción con E-cadherina y a-catenina y aumentando su asociación con la proteína equivalente a a-catenina en los desmosomas, la desmoplakina. Por otro lado, la tirosina quinasa Fer, que modifica la Tyr-142 de b-catenina disminuyendo su asociación con a-catenina, fosforila la Tyr-549 de plakoglobina y ejerce el efecto contrario: aumenta la unión plakoglobina-a-catenina. Estos resultados sugieren que tirosina quinasas como Src o Fer modulan de forma diferente los desmosomas y las uniones adherentes y promueven el paso de plakoglobina de un tipo de complejo de adhesión a otro. Nuestros resultados también sugieren que la interacción de plakoglobina con los miembros de las uniones adherentes previene la translocación de plakoglobina al núcleo y su inhibición de la actividad del Tcf-4.

b-catenin and plakoglobin (also known as g-catenin) are two closely related proteins essential for the establishment and maintenance of cell-cell contacts among epithelial cells. In adherens junctions, b-catenin and plakoglobin independently bind to the cytoplasmic domain of cell-cell adhesion receptors of the cadherin family, linking them to the actin cytoskeleton by an association with a-catenin. Plakoglobin is also a component of the submembranal plaque of desmosomes.<br/>In addition to its structural role in adherens junctions, b-catenin has a signaling activity as a member of the Wnt pathway. It is still unclear whether its close homologue, plakoglobin, also has a signaling role.<br/>In this work we have studied the similarities and differences on the interaction of b-catenin and plakoglobin with the transcription factor Tcf-4 and members of the adherens junctions and desmosomes.<br/>We show that Tcf-4 can be phosphorylated in vitro by protein kinase CK2 in amino acids Ser-58-Ser-59-Ser-60. Phosphorylation of these residues does not modify the interaction of Tcf-4 with b-catenin but reduces its association to plakoglobin. The binding sites of Tcf-4 for these two proteins were compared; whereas b-catenin requires the N-terminal first 50 amino acids, plakoglobin interacts mainly with residues 51-80. Ternary complexes composed by b-catenin/Tcf-4/plakoglobin could be detected in vitro, demonstrating that simultaneous binding of the two armadillo proteins to Tcf-4 is posible. Experiments performed using a Tcf-4 mutant with decreased interaction to plakoglobin demonstrated that binding to this protein negatively affected the transcriptional activity of Tcf-4. These results indicates that Tcf-4 contains two different sites for binding b-catenin and plakoglobin, and the interaction of the latter hinders the transcriptional activity of the complex.<br/>Phosphorylation in tyrosine residues of components of adhesion complexes regulates the stability of these complexes. We have described that phosphorylation of b-catenin residues Tyr-654 and Tyr-142 specifically decreases the interaction of this protein with E-cadherin and a-catenin, respectively. The identification of the Tyr kinases that catalyze these modifications indicates that b-catenin Tyr-142 is a good substrate of Fer and Fyn kinases, whereas Tyr-654 is modified by EGF receptor or related proteins.<br/>A similar modulation has been proposed for plakoglobin action on desmosomes and adherens junctions. Our results indicate that, although b-catenin and plakoglobin are two closely related proteins, the same protein kinase phosphorylate different residues in the two proteins. Moreover phosphorylation of equivalent residues cause totally different effects on the interaction of plakoglobin and b-catenin with their cellular partners. For instance, Src that phosphorylates mainly Tyr-86 in b-catenin, modifies Tyr-643 in plakoglobin decreasing the interaction with E-cadherin and a-catenin and increasing the interaction with the a-catenin-equivalent protein in desmosomes, desmoplakin. On the other hand, the tyrosine kinase Fer, that modifies b-catenin Tyr-142 lessening its association to a-catenin, phosphorylates plakoglobin Tyr-549 and exerts the contrary effect: augmentates plakoglobin-a-catenin binding. These results suggest that tyrosine kinases as Src or Fer modulate desmosomes and adherens junctions differently and promote the switch of plakoglobin from one type of adhesion complex to the other. Our results also suggest that interaction of plakoglobin to members of the adherens junctions prevents the translocation of plakoglobin to the nucleus and its inhibition of Tcf-4 action.