La E-Ras és una proteïna que pertany a la subfamília Ras de la superfamília Ras i intervé en la proliferació cel·lular. Aquesta proteïna està codificada pel gen ERAS situada en el cromosoma X (Xp11.23 per a humans), designant-se prèviament com a HRAS2/HRASP.
La proteïna E-Ras és una petita GTPasa, una classe d’enzim que hidrolitza una molècula de guanosina trifosfat (GTP) a guanosina difosfat (GDP) i actua com a interruptor molecular per a diferents vies de transducció de senyals.
Aquesta proteïna es troba expressada molt concretament en cèl·lules mare embrionàries, tumors gàstrics i cèl·lules estrellades hepàtiques. El seu nom precisament ve de la seva gran expressió en cèl·lules mare embrionàries: “Embryonic Ras”.
Descobriment L'any 2003 Takahashi, Mitsui i Yamanaka van identificar en un ratolí un gen fins aleshores desconegut, el qual van anomenar ERas. Aquest gen es va trobar gràcies a la presència d’aquestes proteïnes desconegudes fins aleshores en cèl·lules mare de ratolí no diferenciades. Aquests investigadors van determinar que la proteïna produïda per aquest gen pertany a la família de les proteïnes Ras (conegudes per regular el creixement cel·lular). En el mateix estudi, en reseqüenciar HRasp van concloure que aquest suposat pseudogèn humà no és un pseudogèn, sinó que codifica l’ortòleg humà funcional d’E-Ras.
Bioquímicament, van observar que E-Ras interactua amb PI3K, però no amb Raf, definint un perfil d’efectors diferencial respecte d’H/N/K-RAS, i que és constitutivament activa (majoritàriament GTP-unida) sense requerir mutacions activadores addicionals, atès que la seva seqüència ja incorpora residus idèntics als de les mutacions activadores clàssiques de Ras.
Així mateix, la sobreexpressió d’Eras transforma oncogènicament cèl·lules NIH 3T3. Els autors van observar que la inactivació d’E-Ras en cèl·lules mare embrionàries redueix el creixement i la tumorigenicitat, i que aquests efectes es poden rescatar reintroduint Eras o activant PI3K; això indica que E-Ras és un mediador important del creixement de tipus tumoral en cèl·lules mare embrionàries.
En estudis posteriors, es va observar que E-Ras comparteix un 43%, 46% i 47% d’identitat amb els Ras convencionals H-Ras, K-Ras i N-Ras, respectivament; i que no només es troba en cèl·lules mare embrionàries sinó que en estudis in vivo es va observar que E-Ras s’expressa també en teixits de macacos cynomolgus adults, teixits de macacos de cua llarga asiàtics (Macaca fascicularis) i teixits de bestiar boví adult.
També es va observar l'expressió d'E-Ras en determinats càncers humans, incloses línies cel·lulars de carcinoma colorectal, pancreàtic, neuroblastoma i de mama, i en tumors mamaris de ratolí. E-Ras també s’expressa en el càncer gàstric humà, on podria tenir un paper crucial en la supervivència de les cèl·lules tumorals gàstriques així com en la metàstasi hepàtica mitjançant la disminució de l’expressió d’E-cadherina. Recentment, la sobreexpressió d’E-Ras ha mostrat una forta capacitat oncogènica per desencadenar càncer colorectal humà a causa de la seva capacitat d’activar la senyalització d’AKT.
Localització La proteïna E-Ras es localitza principalment a la membrana plasmàtica de la cèl·lula (com altres Ras). Aquest ancoratge s'aconsegueix mitjançant modificacions posttraduccionals lipídiques al seu extrem C-terminal, que conté un motiu CAAX. Aquestes modificacions posttraduccionals tenen lloc a partir de dos senyals:
Senyal 1 (Farnesilació): El motiu CAAX és un senyal per a la farnesilació, una modificació lipídica permanent que s'afegeix al citosol. Aquest és el primer pas que ancora la proteïna a la membrana del reticle endoplasmàtic, on és processada. Senyal 2 (Palmitoilació): La farnesilació sola no és suficient per arribar a la membrana plasmàtica. E-Ras, com altres proteïnes Ras, requereix un segon senyal: la palmitoilació (l'addició d'àcid palmític) en cisteïnes properes. Aquest pas té lloc a l'aparell de Golgi. Aquesta fase confirma que E-Ras utilitza el mateix mecanisme reticle endoplasmàtic/aparell de Golgi que altres Ras.
Per això s'ha observat al citosol i en fraccions de membranes lleugeres (aparell de Golgi, reticle endoplasmàtic) a partir d'estudis de fraccionament cel·lular.
Aquesta localització perifèrica li permet intervenir en vies de senyalització de superfície i proliferació cel·lular. Per exemple, pot unir-se i activar directament la subunitat catalítica (p110) de PI 3-cinasa. En canvi, no se'n detecta gairebé la seva presència al nucli ja que E-Ras no fa una funció nuclear rellevant.
Estructura L'estructura de l'E-Ras és peculiar, ja que té unes desviacions de seqüència sorprenents i remarcables. A més a més, conté una regió N-terminal única estesa de 38 aminoàcids de llargada que és important per a l'activitat de senyalització de l'E-Ras. Això pot proporcionar un lloc d'interacció per a un nou grup de proteïnes, que poden determinar la seva localització subcel·lular. Aquests trets la diferencien de les isomorfes RAS clàssiques com H-Ras, N-Ras i K-Ras4B.
Aquesta proteïna, com la resta de proteïnes Ras comparteix un domini d’unió al GTP (domini G) format per 5 motius proteics essencials que s’anomenen de G1 a G5. El motiu G1 o bucle P s’uneix als fosfats α i β del GTP. Una mutació que substitueixi la glicina 12 (numeració H-Ras) per qualsevol altre aminoàcid (tret de la prolina) és una de les mutacions més freqüents en els càncers. Aquesta mutació fa que la proteïna afectada sigui insensible a les proteïnes activadores de les GTPases (GAPs) i, per tant, aquestes proteïnes siguin inactives. Els motius G2 i G3 o també anomenats switch I i switch II, respectivament, són regions dinàmiques que detecten l’estat del nucleòtid i proporcionen els llocs d’unió per als reguladors i efectors. Els motius G4 i G5 són importants per determinar l’especificitat d’unió de la base de guanina dins del domini G.
Parlant concretament de E-Ras, aquesta conté una serina en lloc de glicina 12 (numeració H-RAS), fent-la insensible a GAP (GTPase activating protein). També, a causa d'alguns canvis en la seva estructura respecte a H-Ras, com un residu anomenat Trp-79 que reemplaça l'Arg-41 d'H-Ras, E-Ras es connecta de manera diferent amb proteïnes que regulen el creixement cel·lular, com el PI3K (fosfatidilinositol 3-cinasa) al qual s’uneix amb una alta afinitat. Amb menor afinitat també s’hi poden unir els efectors: RASSF5/Nore1, RAF1, el RalGDS (Ral guanine nucleotide dissociation simulator) i la fosfolipasa C. La proteïna PI3K és la més important a causa de la seva alta afinitat i està implicada en la via de transducció PI3K/Akt relacionada amb la proliferació cel·lular.
Addicionalment, una mutació d’E-Ras que canviï l’esmentat residu triptòfan-79 per un altre pot variar molt significativament l’afinitat dels diferents efectors per a aquesta proteïna. Al laboratori es va observar que en canviar el triptòfan-79 per una arginina, els efectors RAF1 i RalGDS perdien molta afinitat per unir-se a E-Ras. Malgrat això, l’afinitat de l’efector RASSF5 per E-Ras amb aquesta mutació esmentada no es veia afectada, demostrant com certes mutacions poden afectar diferents efectors específics.
La regió N-Terminal única (estructura i funció) Dins de l'estructura única de l'E-Ras destaquem la seva regió N-Terminal formada per 38 aminoàcids. Aquesta característica estructural la fa distingir radicalment de totes les altres RAS clàssiques (H-, N- i K-RAS4B). Encara que la seva estructura completa no es coneix en detall, els estudis funcionals revelen que aquesta regió és fonamental per a l'activitat biològica de la proteïna.
Composició i motius putatius Aquesta extensió N-terminal, absent en altres proteïnes RAS, conté motius que suggereixen la seva funció com a lloc d'interacció proteïna-proteïna. Els investigadors destaquen dos motius principals: el motiu PXXP i el motiu RRR.
Motiu PXXP: un motiu putatiu que podria servir com a lloc d'unió per a proteïnes que contenen dominis d'homologia Src 3 (dominis SH3). Motiu RRR (triple arginina): un motiu de triple arginina que podria actuar com a lloc d'interacció electroestàtica amb regions carregades negativament d'altres proteïnes o amb els lípids de la membrana.
Paper a la localització subcel·lular Aquesta regió N-terminal, segons diverses hipòtesis inicials, va indicar que podria influir en la localització subcel·lular d'E-ras. No obstant això, es van dur a terme experiments de localització amb proteïnes mutants, que no tenen els primers 38 aminoàcids (E-RASΔN) i que tenen mutacions en els motius PXXP i RRR, i van demostrar que, encara que hi ha un efecte lleu, l'absència d'aquesta regió no altera significativament la localització principal d'E-RAS a la membrana. Això indica que els senyals de localització a l'extrem C-terminal (farnesilació i palmitoilació) són dominants per a l'ancoratge a la membrana.
Funció essencial en la transducció de senyals Tot i el seu impacte limitat a la localització, la regió N-terminal ha demostrat ser absolutament crítica i important per a la funció d'E-Ras. Es van fer altres experiments clau que van explicar que, encara que les variants sense el N-terminal (E-RASΔN) s'uneixen correctament al seu efector PI3K i es troben en estat GTP-carregat (actiu), són greument defectuoses en l'activació de la via de senyalització descendent PI3K-AKT.
Hipòtesi sobre el mecanisme d'acció La regió N-terminal és molt estudiada per les seves característiques. Els autors que l'han estudiat proposen diverses hipòtesis per explicar per què aquesta regió és essencial per a la senyalització.
Localització en microdominis de la membrana: la regió N-terminal única podria dirigir a la proteïna E-Ras cap a microdominis específics que es troben en membrana plasmàtica (com basses lipídiques/lipid rafts o cavèoles), on es troben els seus efectors i els components necessaris per a la via de senyalització. Aquesta "segregació lateral" fa que sigui crucial per a una senyalització eficaç, de manera semblant al que s'ha observat en una altra proteïna: la H-Ras. Com que l'E-Ras constitutivament és una proteïna activa, podria residir preferentment en aquests microdominis per a una senyalització eficient. Interacció amb proteïnes accessòries: la regió podria actuar com un punt d'ancoratge per a proteïnes adaptadores específiques que recluten els components de la via de senyalització (com PI3K/AKT) en un complex funcional al costat d'E-Ras. Si no existís aquesta interacció, l'activació de la cascada no es donaria, estaria impedida, fins i tot si la unió inicial amb PI3K es produís. Regulació de l'activitat: donat que E-Ras és constitutivament activa, la seva expressió i activitat deuen estar estrictament controlades. La seva regió N-terminal podria ser un lloc per a la interacció amb proteïnes que segresten, degraden o modulen l'activitat de l'E-Ras o un lloc per a regulació posttraduccional, com, per exemple, la fosforilació. Per tant, l'extensió N-terminal d'E-Ras no és simplement el termini de la proteïna, sinó que és un mòdul funcional essencial que actua probablement com un "director de trànsit" molecular, assegurant que el senyal actiu d'E-Ras es transmeti de manera eficient a la via PI3K-AKT, la qual cosa és vital per al seu paper en la proliferació de cèl·lules mare.
Funció La proteïna E-Ras, com les altres proteïnes Ras, té dues funcions principals: tenen una activitat GTPasa i serveixen com a punts d’ancoratge per a diferents efectors (proteïnes que s’uneixen a aquesta).
Les proteïnes Ras es comporten de la següent manera:
Primerament, la proteïna es troba unida a una guanosina difosfat (GDP) fins que una proteïna GEF (Guanine nucleotide exchange factor) extreu el GDP i l'intercanvi per una guanosina trifosfat (GTP). En aquest punt, la proteïna Ras actua com a punt d'ancoratge per a diferents efectors (altres proteïnes que s'uneixen a Ras) que participen en diferents vies de transducció de senyals.