C3G, a multitask dual protein

Article published in December 2015

DOI: http://dx.doi.org/10.18567/sebbmdiv_ANC.2015.12.1

Carmen Guerrero

Centro de Investigación del Cáncer y Dpto. de Medicina de la Universidad de Salamanca
cguerreroemailusal.es

 

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C3G is a multidomain protein whose main role is to promote the exchange of GDP for GTP in proteins belonging to the Ras family of GTPases. It participates in the regulation of multiple cellular functions, highlighting adhesion, migration and apoptosis, processes in which collaborates with p38α MAPK.

C3G es un proteína intercambiadora de nucleótidos de guanina o GEF (Guanine Nucleotide Exchange factor) de dos proteínas de la familia Ras, Rap1/2 y R-Ras. Como todas las proteínas GEF, su principal función es estimular la disociación del GDP unido a las proteínas Ras inactivas, favoreciendo su unión a GTP (mucho más abundante en la célula) y, por tanto, su activación. C3G es una proteína modular de unos 140 kDa, en la que destaca, además de su dominio catalítico o "GEF", un dominio central rico en prolinas capaz de interaccionar con dominios SH3 de diversas proteínas (destacando proteínas de los complejos de adhesión focal) y un dominio N-terminal que presenta una región de unión a E-cadherina (revisado en (1)).

Desde su descubrimiento en el año 1994, gracias a la clonación del gen que la codifica, los estudios sobre la proteína C3G han revelado su participación en multitud de funciones celulares, tales como adhesión y migración (su principal papel), apoptosis, diferenciación y transporte de glucosa, regulando procesos tan diversos como el desarrollo vascular, el del córtex cerebral y la maduración y expansión de los linfocitos B y T.

Además de participar en estas funciones normales de las células, alteraciones en la expresión y/o función de C3G se han asociado con distintas patologías, como glomerulonefritis, diabetes tipo 2 y especialmente, con diversos procesos tumorales (1). Sin embargo, el papel de C3G en cáncer es dual, pudiendo comportarse como supresor o promotor tumoral según el tipo de tumor y/o estadio. Así, hay sobre-expresión génica de C3G en cáncer de pulmón no microcítico, en cáncer de cabeza y cuello y en cáncer ovárico, mientras que su expresión está disminuida en carcinoma cervical escamoso, lo que está de acuerdo con su función supresora de la transformación de numerosos oncogenes observada in vitro en fibroblastos, función que fue descrita en nuestro laboratorio (2,3). No está muy claro su papel en cáncer de colon, habiendo datos que sugieren que los niveles de C3G aumentan (4), mientras que otros datos indican que pueden aumentar o disminuir (Oncomine).

La dualidad de C3G presenta un nivel adicional de complejidad en células de leucemia mieloide crónica (LMC) K562, donde tanto la sobre-expresión como el silenciamiento génico de C3G inducen apoptosis. Además, el silenciamiento de C3G colabora con el Imatinib (compuesto utilizado en el tratamiento de la LMC por su capacidad de inhibir a la tirosina quinasa Bcr-Abl, responsable de la enfermedad) en la inducción de apoptosis, pero al mismo tiempo antagoniza el efecto inhibidor del Imatinib en proliferación y supervivencia (ver figura). Sorprendentemente, la sobre-expresión de C3G en células de LMC también promueve la apoptosis inducida por Imatinib. Asimismo, C3G ejerce este efecto dual en la regulación de la expresión de proteínas de las adhesiones focales, paxilina, FAK y p130Cas, que controlan la interacción de las células de LMC con la matriz extracelular y modulan, por tanto, su potencial tumorigénico y metastático. Estos datos subrayan la importancia de C3G en LMC e indican que en este tipo tumoral los niveles de C3G están rigurosamente regulados para mantener la homeostasis celular, ya que, tanto la sobre-expresión como la disminución en sus niveles alteran el balance supervivencia/muerte celular, así como la expresión de proteínas clave en la adhesión (5). Para complicar más las cosas, las células de LMC expresan grandes niveles de una isoforma truncada de C3G (p87C3G), potencialmente activada de forma constitutiva, cuya misión parece ser la de colaborar con la oncoproteína Bcr-Abl para alterar la adhesión y la señalización en estas células, antagonizando la función de la proteína completa p140C3G (5,6). La dualidad de C3G en apoptosis no es exclusiva de las células de LMC sino que también se produce en fibroblastos embrionarios de ratón (MEF, del inglés Mouse Embryonic Fibroblasts), donde C3G puede actuar como un regulador positivo o negativo dependiendo del estímulo apoptótico (7). Además, mientras que en LMC el efecto apoptótico de C3G es dependiente de su función GEF sobre su principal efector Rap1, en los MEFs C3G regula la apoptosis actuando de forma independiente de esta GTPasa. A pesar de la dualidad de la función de C3G, destaca el hecho de que todos los procesos descritos están mediados por su efecto inhibidor de la actividad de la quinasa p38α MAPK, indiscutible socio de C3G en la regulación de la apoptosis y la adhesión. La relación funcional entre C3G y p38α MAPK en cáncer no se limita a las células de LMC sino que también la encontramos en un modelo tumoral de carcinoma de colon, donde la ruta C3G-p38α MAPK regula la migración/invasión de estas células. De nuevo, en este caso hallamos una disociación entre la función de C3G y la de su diana Rap1, lo que pone de manifiesto la complejidad de la señalización dependiente de C3G.

 Ciencia al dia figura

 

REFERENCES

1. Radha, V., Mitra, A., Dayma, K., and Sasikumar, K. (2011) Signalling to actin: role of C3G, a multitasking guanine-nucleotide-exchange factor. Biosci. Rep. 31, 231-244
2. Guerrero, C., Martin-Encabo, S., Fernandez-Medarde, A., and Santos, E. (2004) C3G-mediated suppression of oncogene-induced focus formation in fibroblasts involves inhibition of ERK activation, cyclin A expression and alterations of anchorage-independent growth. Oncogene 23, 4885-4893
3. Martin-Encabo, S., Santos, E., and Guerrero, C. (2007) C3G mediated suppression of malignant transformation involves activation of PP2A phosphatases at the subcortical actin cytoskeleton. Experimental Cell Research 313, 3881-3891
4. Samuelsson, J., Alonso, S., Ruiz-Larroya, T., Cheung, T. H., Wong, Y. F., and Perucho, M. (2011) Frequent somatic demethylation of RAPGEF1/C3G intronic sequences in gastrointestinal and gynecological cancer. International Journal of Oncology 38, 1575-1577
5. Maia, V., Ortiz-Rivero, S., Sanz, M., Gutierrez-Berzal, J., Alvarez-Fernández, I., Gutierrez-Herrero, S., De Pereda, J., Porras, A., and Guerrero, C. (2013) C3G forms complexes with Bcr-Abl and p38alpha MAPK at the focal adhesions in chronic myeloid leukemia cells: implication in the regulation of leukemic cell adhesion. Cell Commun. Signal. 11, 9
6. Gutierrez-Berzal, J., Castellano, E., Martin-Encabo, S., Gutierrez-Cianca, N., Hernandez, J. M., Santos, E., and Guerrero, C. (2006) Characterization of p87C3G, a novel, truncated C3G isoform that is overexpressed in chronic myeloid leukemia and interacts with Bcr-Abl. Experimental Cell Research 312, 938-948
7. Gutiérrez-Uzquiza, A., Arechederra, M., Molina, I., Baños, R., Maia, V., Benito, M., Guerrero, C., and Porras, A. (2010) C3G down-regulates p38 MAPK activity in response to stress by Rap-1 independent mechanisms: Involvement in cell death. Cell. Signal. 22, 533-542

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Interview

Carmen Guerrero
Centro de Investigación del Cáncer y Dpto. de Medicina de la Universidad de Salamanca

cguerreroemailusal.es

P.- ¿Cuándo surgió su vocación científica?

R.- Desde muy joven tuve claro que yo "era de ciencias", quizá influida por un muy buen profesor que tuve en el colegio, D. José María del Amo. Estuve a punto de decantarme por las matemáticas pero finalmente me pareció que la carrera de Exactas podía ser muy árida para mí. Me decidí por Biología, atraída por la amplia formación que ofrecía. Precisamente en la Universidad de León, que es donde estudié, justo el año de inicio de mis estudios comenzó un plan nuevo donde ya desde el primer curso se impartían asignaturas especializadas. La carrera me entusiasmó desde el primer momento. Si tuviera que volver a elegir repetiría, me parece una carrera muy completa. Mi interés por la Bioquímica y la Biología Molecular surgió hacia los cursos finales de la carrera, y tuve claro entonces que me gustaría hacer una tesis doctoral en alguna de esas áreas. Durante la etapa predoctoral, conseguí una beca para un curso de verano de la Universidad Menéndez Pelayo y allí, escuchando las charlas de Eugenio Santos, Ángel Pellicer, Vicente Notario y Luis Parada es cuando se inoculó en mí la idea de la investigación en cáncer.

P.- ¿Podría resumirnos brevemente su trayectoria profesional?

R.- Estudié la carrera de Biología en la Universidad de León, realizando mi tesis doctoral bajo la dirección del Dr. Juan Francisco Martín en el Departamento de Ecología, Genética y Microbiología de dicha Universidad, donde adquirí una muy buena formación en Microbiología y Biología Molecular. Mi tesis doctoral consistió en la clonación del operón de biosíntesis de triptófano de la corinebacteria Brevibacterium lactorfermentum y la caracterización de sus señales reguladoras. Al finalizar mi tesis doctoral me trasladé a los Institutos Nacionales de la Salud (NIH) en Bethesda, Maryland, donde realicé una estancia postdoctoral en el laboratorio del Dr. Eugenio Santos. Durante los 5 años de esta estancia trabajé en la clonación y caracterización de varios genes activadores de proteínas de la familia Ras, los denominados factores intercambiadores de nucleótidos de guanina o GEFs, como Grf1, Sos1 y C3G. En esta etapa se iniciaron los estudios sobre la actividad supresora de la transformación del gen C3G, los cuales retomé al regresar a España.
Tras esta primera etapa Postdoctoral, me trasladé al "Department of Pulmonary and Critical Care Medicine" en el hospital Michael Reese de Chicago donde realicé una estancia de 2 años como investigador independiente "Junior" en el laboratorio del Dr. Jacob I. Sznajder, especialista en enfermedades pulmonares. Durante esta etapa investigué el papel que tiene la ruta de Ras sobre la activación de la bomba de sodio, inducida por dopamina, utilizando un modelo de células alveolares de rata.
En julio de 1999 me incorporé de nuevo al equipo investigador del Dr. Santos en el Centro de Investigación del Cáncer de Salamanca y en el año 2001 obtuve un contrato del Programa Ramón y Cajal. Posteriormente obtuve un contrato de Profesor Contratado Doctor por la Universidad de Salamanca y finalmente, en el año 2011 una plaza de Profesor Titular de la Universidad de Salamanca, donde imparto mi actividad docente en el Grado en Farmacia.
Durante estos últimos años he establecido un grupo de investigación centrado en la participación de la proteína C3G en distintas patologías, como la leucemia mieloide crónica y, más recientemente, su posible implicación en la función plaquetaria y la isquemia cardiaca, proyectos realizados en colaboración con varios grupos y en especial con el grupo de la Dra. Almudena Porras (Facultad de Farmacia, UCM) y del Dr. José Ramón González Porras (Unidad de Trombosis y Hemostasia, Hospital Clínico de Salamanca).

P.- ¿Qué consejo daría a los que ahora inician su carrera científica?

R.- Les diría que la carrera científica es una carrera de fondo. A veces puede resultar ingrata y frustrante pero a la larga, cuando hay verdadera dedicación, siempre da sus frutos. Es importante inculcar una buena base técnica a los estudiantes, pero sobre todo creo que es fundamental la motivación, inculcarles entusiasmo por lo que hacen.

P.- ¿Podría describirnos brevemente en qué consiste su línea de investigación actual y cuál es su trascendencia?

R.- Actualmente nuestro trabajo se centra en determinar el papel de la proteína C3G en la cardiopatía isquémica, teniendo en cuenta tanto a la propia proteína de los cardiomiocitos como a la expresada en plaquetas. Recientemente hemos demostrado que la expresión transgénica de C3G en plaquetas tiene una función en la hemostasia a través de la regulación de la activación de la integrina plaquetaria αIIbβ3. Además, C3G modifica el perfil proteico del secretoma plaquetario generado por la activación de trombina. Se sabe que, aparte de su función esencial en la hemostasia, las plaquetas juegan un papel en la regulación de diversos procesos, entre ellos la angiogénesis. Por otra parte, la mayoría de los síndromes cardiovasculares implican la desregulación de la función plaquetaria, no solo por la habilidad de las plaquetas de frenar el flujo coronario a través de la formación de coágulos, sino también por su implicación en el daño por reperfusión tras el infarto de miocardio, que implica la adhesión de las plaquetas a diferentes tejidos, así como interacciones entre plaquetas y células inflamatorias. Por ello, nuestro grupo está interesado en estudiar el posible papel de C3G en la regulación de la liberación diferencial de sustancias pro- y anti-angiogénicas contenidas en los gránulos α de las plaquetas que puedan tener una repercusión en la revascularización del tejido cardiaco durante la reperfusión tras una situación de isquemia. En esta línea, estamos también evaluando la expresión de C3G en muestras de sangre periférica de pacientes con Síndrome Coronario con elevación del ST, con el fin de correlacionar la expresión de C3G con el remodelado cardiaco post-infarto y, en definitiva, el pronóstico de estos pacientes.
Creemos que el estudio en profundidad del C3G plaquetario en el síndrome coronario agudo podría derivar en su futura utilización como marcador pronóstico de fácil y rápida evaluación y/o diana terapéutica en dicha patología. Esto es de gran relevancia, teniendo en cuenta que los síndromes cardiovasculares constituyen la principal causa de mortalidad en los países industrializados.

P.- ¿Cuál consideraría que ha sido el principal avance científico del siglo XX?

R.- Como trascendental para la humanidad, el descubrimiento de la Penicilina y los antibióticos en general. Pero, como bióloga molecular, creo que la invención del método de la PCR marca un antes y un después en la investigación biomédica. Hoy en día no hay ningún ámbito de la Biomedicina que no aplique técnicas basadas en la PCR. Quizá este descubrimiento me ha impactado especialmente porque yo he vivido ese "antes y después".

P.- ¿Cuál es su opinión sobre cómo está articulada la carrera científica en España?

R.- Es preocupante la actual incertidumbre en la carrera científica en España, que afecta a prácticamente todas las etapas profesionales. En primer lugar, cada vez es más difícil el acceso de los estudiantes a programas de doctorado, debido a la severa reducción de becas y contratos en los últimos años. Del mismo modo los programas de retorno son escasos para reincorporar al sistema español a aquellos investigadores que realizan etapas de formación en el extranjero. Además, resulta frustrante constatar que cada vez es menor el porcentaje de estudiantes de doctorado españoles que logra la estabilización en nuestro sistema, el cual también es ineficiente para atraer investigadores de otros países. La falta de oportunidades, continuidad y consistencia está generando inseguridad en los estudiantes de grados en Ciencias Biomédicas y cada vez son más los que optan por otras salidas. A medio y largo plazo esto puede causar un daño profundo en la I+D+i española, reduciendo nuestra capacidad de innovación y acentuando la brecha con otros países de nuestro entorno.

 

Biography

Carmen Guerrero
Centro de Investigación del Cáncer y Dpto. de Medicina de la Universidad de Salamanca
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Carmen Guerrero Arroyo (Palencia, 1964). Licenciada en Biología por la Universidad de León en 1987. Doctorado en Ciencias Biológicas por la misma Universidad en 1992. Dos estancias postdoctorales en Estados Unidos (NIH, Bethesda, MD y Michael Reese Hospital, Chicago, IL), investigando distintos aspectos relacionados con rutas de señalización mediadas por proteínas Ras y RasGEF. Desde 1999, investigadora del Centro de Investigación del Cáncer y desde 2011 Profesora Titular del Departamento de Medicina de la Universidad de Salamanca. Sus principales contribuciones científicas están relacionadas con la proteína C3G, un activador de proteínas de la familia Ras, destacando los estudios sobre su función supresora de la transformación inducida por varios oncogenes de la ruta de Ras, su relación funcional con las proteínas p38 MAPK y su participación en la regulación de la supervivencia y la adhesión de las células de leucemia mieloide crónica.

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