miniatura|Estructura tridimensional d'un complex adaptador AP. Les proteïnes adaptadores (AP, de l'anglès adaptor proteins) constitueixen una família d'heterotetràmers essencials per al tràfic vesicular en les cèl·lules eucariotes. La seva funció principal és seleccionar i concentrar la càrrega que ha de ser incorporada a les vesícules de transport. En mamífers s'han descrit cinc complexos d'AP (AP-1 a AP-5), cadascun amb una localització subcel·lular i funció diferents. Es poden dividir segons la seva relació amb la clatrina: AP-1, AP-2 i AP-3 funcionen com a adaptadors de vesícules recobertes de clatrina, mentre que AP-4 i AP-5 no presenten depenen d'aquest recobriment.

Aquests complexos proteics tenen un paper central en el manteniment de l'homeòstasi cel·lular, ja que permeten el transport selectiu entre membranes donants i membranes diana dins de la via secretora i endocítica.

Descobriment AP-1 i AP-2 (Dècada del 1980 – Bioquímica clàssica) Aquests van ser els primers complexos adaptadors identificats i caracteritzats. Van sorgir directament de la purificació bioquímica de vesícules recobertes de clatrina (clathrin-coated vesicles, CCVs) aïllades principalment de cervell de porc o vaca, un teixit ric en endocitosi.

El fonament d'aquest descobriment el va posar Barbara Pearse (Laboratori de Biologia Molecular, Cambridge) que ja havia descobert la clatrina (1975-1976) i va veure que hi havia proteïnes addicionals necessàries perquè la clatrina s’assemblés en cistelles in vitro. Entre 1983 i 1984 es van identificar dos tipus principals: HA-I (posteriorment AP-1), associat al Golgi i als endosomes, i HA-II (posteriorment AP-2), el més abundant a la membrana plasmàtica i implicat en endocitosi.

Treballs clau: Zaremba & Keen (1983) van purificar i caracteritzar el complex de 100-110 kDa que avui es coneix com AP-2. Pearse & Robinson (1984) van confirmar que eren heterotetràmers i van proposar el model d'adaptador entre càrrega i clatrina. Ahle et al. (1988) van clonar les primeres subunitats (α-adaptina d'AP-2) i van consolidar la nomenclatura AP.

En aquella època es van anomenar «AP» (adaptor protein) es va adoptar per distingir aquests complexos de la clatrina pura. AP-2 va ser el primer a ser completament caracteritzat per la seva abundància.

AP-3 (1997 – Homologia de seqüència i genètica en llevat) Després de la seqüenciació massiva de gens (ESTs) i del genoma del llevat Saccharomyces cerevisiae, es van buscar homòlegs de les subunitats d'AP-1 i AP-2.

L'any 1997 es van publicar gairebé simultàniament dos descobriments:

En llevat: Cowles, Emr i col·laboradors (Stanford) van identificar el complex AP-3 mitjançant mutacions que afectaven el transport alternatiu de proteïnes al vacúol (bypassant la via clàssica). Van demostrar que el complex era essencial per al transport de la fosfatasa alcalina (ALP) al vacúol. En mamífers: dos grups independents (Margaret Robinson a Cambridge i Juan Bonifacino al NIH) van identificar homòlegs per cerques bioinformàtiques. Simpson et al. (1997) i Dell'Angelica et al. (1997) van clonar les subunitats β3, δ, μ3 i σ3. Van demostrar que AP-3 estava al Golgi i endosomas perifèrics, i que no s’associava bé amb clatrina (a diferència d'AP-1/AP-2).

Aquest, va ser el primer complex “no clàssic” i es va vincular ràpidament amb malalties humanes, a causa que mutacions en les seves subunitats causen la síndrome de Hermansky-Pudlak.

AP-4 (1999 – Homologia bioinformàtica pura) AP-4 es va identificar mitjançant la cerca d'homòlegs en bases de dades genòmiques durant els primers anys de l'era post-genòmica.

Dos estudis independents publicats el 1999:

Dell'Angelica, Bonifacino i col·laboradors (NIH): Characterization of a Fourth Adaptor-related Protein Complex (Mol. Cell. Biol., 1999). Hirst, Robinson i col·laboradors (Cambridge): article paral·lel a J. Cell Biol.

Van identificar les subunitats ε, β4, μ4 i σ4, i van veure que AP-4 es localitza al trans-Golgi network (TGN) però no s’associa amb clatrina ni la reclutar.

Durant anys va romandre un complex de funció poc definida. Només recentment (2010-2020) s’ha establert el seu paper en el transport de la proteïna ATG9A (autofàgia) i la seva relació amb la paràlisi espàstica hereditària (SPG50).

AP-5 (2011 – Bioinformàtica avançada, proteòmica i genètica humana) AP-5 és el complex adaptador descobert més recentment. El 2011, Margaret Robinson i Jennifer Hirst (Cambridge) el van caracteritzar, impulsades per estudis de casos clínics de paràlisi espàstica hereditària (SPG48 i SPG11/15) en els quals van detectar mutacions en subunitats d'AP-5 o proteïnes relacionades, com spatacsin i spastizin. Mitjançant cerques bioinformàtiques, van identificar subunitats grans “òrfenes” amb dominis homòlegs als de les subunitats grans dels altres complexos AP (γ/α/δ/ε). Això els va permetre identificar les subunitats ζ (SPG48) i σ5, i posteriorment β5 i μ5. Posteriorment, experiments d'immunoprecipitació i espectrometria de masses van confirmar que aquestes subunitats formen un complex heterotetràmic funcional.

Funció miniatura|Procés d'activació del complex adaptador AP-2 mitjançant la unió a PI(4,5)P₂ i el reclutament de clatrina. Les AP son molècules essencials en la regulació de la senyalització i el tràfic vesicular intracel·lular. La seva funció principal consisteix en formar complexes multiproteics que permeten la propagació ordenada de senyals dins de la cèl·lula i el transport de proteïnes cap a compartiments específics, com els endosomes i lisosomes. Actuen com a mòduls de senyalització que faciliten la comunicació entre receptors i enzims intracel·lulars.

AP-1 es localitza principalment al trans-Golgi network (TGN) i als endosomes, i participa en el transport bidireccional entre aquests compartiments. També s’associa amb la formació de vesícules recobertes de clatrina i contribueix al manteniment de la polaritat cel·lular en cèl·lules epitelials i neurones. La funció d'AP-1 es modula mitjançant fosforilació i desfosforilació de les seves subunitats: la μ1 fosforilada augmenta l'afinitat pels senyals de càrrec, i la desfosforilació per PP2A facilita l'alliberament de l'adaptador.

El complex AP2 participa en processos d'endocitosis mediats per clatrina. Ho fa mitjançant la unió al PI(4,5)P2, un lípid que es troba a la part interna de la membrana plasmàtica. Així determina on es formarà la vesícula. L'AP2 amb una de les seves subunitats μ2 reconeix proteïnes de la membrana que van dins de la vesícula, i recluta proteïnes de clatrina que formaran una xarxa al voltant de la mateixa.

El complex AP-3 intervé en el transport de vesícules entre els endosomes tubulars i els endosomes tardans. A més, té un paper important en la biogènesi dels orgànuls relacionats amb els lisosomes (lysosome-related organelles, LRO).

El complex AP-4 actua en la classificació de proteïnes cap al lisosoma i el manteniment de la polaritat cel·lular. Es troba principalment al trans-Golgi network (TGN) i media el transport de proteïnes cap als endosomes de manera independent de la clatrina.

El complex AP-5 es troba als endosomes tardans i participa en la classificació endosòmica (endosomal sorting). Igual que l'AP-4, no s’associa amb la clatrina. Està relacionat amb les proteïnes SPG11 i SPG15, que podrien actuar com a proteïnes d'estructura o d'ancoratge. Es creu que la SPG15 facilita l'ancoratge del complex a la membrana. +ComplexLocalitzacióFunció principalAP-1Xarxa trans-Golgi i endosomesTransport d'hidrolases lisosomals (des delTGN cap a endosomes)AP-2Membrana plasmàticaEndocitosi mediada per clatrina des de la membrana cel·lularAP-3Xarxa trans-Golgi i endosomesDireccionament cap als lisosomes o orgànuls relacionats (via independent de clatrina)AP-4EndosomesTrànsit de proteïnes de membrana des del TGNAP-5Endosomes tardansTransport de proteïnes als lisosomes (funció menys clara)

Estructura miniatura|"Diagrama que mostra l'estructura dels complexos adaptadors AP-1, AP-2, AP-3, AP-4 i AP-5." Són heterotetràmers conservats en tots els eucariotes i compostos per quatre subunitats anomenades adaptines. Cada complex inclou una subunitat gran (γ, β, δ o ε segons el tipus d'AP), una subunitat mitjana (μ), una petita (σ) i una subunitat gran addicional (α o β’). Aquesta organització inclou un domini central o "core", dos dominis "hinge" flexibles i dos dominis "ear" responsables de la interacció amb proteïnes reguladores. El core és el responsable del reconeixement de les senyals de classificació i de l'ancoratge a la membrana, mentre que els dominis hinge contenen motius d'unió a clatrina i els dominis ear coordinen la incorporació de proteïnes reguladores implicades en el tràfic vesicular.

Formació dels complexos multiproteics La formació de complexos multiproteics s'inicia amb el reclutament dels complexos AP a les membranes, un procés regulat per fosfoinosítids i GTPases de la família Arf. AP-2 s'ancora a la membrana plasmàtica a través de la interacció de les subunitats α i μ2 amb PIP2, mentre que AP-1, AP-3 i AP-4 depenen de l'activació d'Arf1-GTP, tant per al reclutament com per a l'activació conformacional. En canvi, AP-5 requereix específic de fosfoinosítids, concretament de PI3P. La unió a fosfoinosítids o a Arf1 indueix un canvi conformacional en els complexos AP, que passen d'en estat "tancat" a un estat "obert", exposant així els llocs d'unió per a les proteïnes de càrrega i per a la clatrina

Un cop ancorades a una membrana, la subunitat μ reconeix motius específics en les proteïnes cargo, com els motius de tirosina (YXXØ) i dileucina ([DE]XXX[LI]) i dirigeix les vesícules cap a vies endosòmiques o lisosomals. D'altra banda, les subunitats grans actuen com a mediadors en la interacció amb la clatrina, generant una capa proteica externa que indueix la curvatura de la membrana durant la formació de vesícules. En el cas d'AP-3, a més de la clatrina, s'ha descrit la interacció amb Vps41, un component del complex HOPS que podria actuar com a proteïna de recobriment alternativa. D'altra banda, AP-5 s'associa amb les proteïnes SPG11 i SPG15, les quals presenten dominis similars a subunitats de clatrina i COPI.

Les AP formen complexes multiproteics dinàmics per interaccions cooperatives entre adaptines, proteïnes cargo i altres molècules. Aquests complexes s'enssamblen al citosol i s'agrupen a les membranes del Golgi o la membrana plasmàtica mitjançant interaccions amb fosfoinositols i GTPases Arf (ADP-ribosylation factor).

Rellevància biomèdica Des del punt de vista biomèdic, les proteïnes adaptadores tenen una gran rellevància, a causa que la seva disfunció s'ha relacionat amb diversos trastorns neurodegeneratius, inmunològics i metabòlics derivats d'un transport vesicular defectuós. Les mutacions en aquests complexes poden alterar la polaritat cel·lular, el reciclatge de receptors, la biogènesi de vacúols i, en conseqüència, la fisiologia normal de la cèl·lula. Per aquest motiu, aquestes proteïnes constitueixen dianes prometedores per al disseny de noves teràpies dirigides a malalties en què les vies de senyalització es troben desregulades.

Transtorns del desenvolupament associats a AP-1 La importància d'AP-1 queda demostrada pel fet que l'eliminació de subunitats essencials com γ1 o μ1A en ratolins és letal durant el desenvolupament embrionari, indicant que AP-1 és imprescindible en els processos primerencs de diferenciació i organogènesi.

Transtorns neurològics i neurodegeneratius associats a AP