Como JAK3 se expresa en las células hematopoyéticas y epiteliales, se cree que su papel en la señalización de citoquinas es más restringido que el de otras JAK. Se expresa más comúnmente en las células T y en las células NK, pero también se ha encontrado en las células epiteliales intestinales. JAK3 participa en la transducción de señales mediante receptores que emplean la cadena gamma común (γc) de la familia de receptores de citoquinas de tipo I (por ejemplo, IL-2R, IL-4R, IL-7R, IL-9R, IL-15R e IL-21R). Las mutaciones que anulan la función de la Janus quinasa 3 causan una SCID (enfermedad de inmunodeficiencia combinada grave) autosómica, mientras que las mutaciones activadoras de la Janus quinasa 3 conducen al desarrollo de leucemia.
Además de sus conocidas funciones en las células T y las células NK, se ha descubierto que la JAK3 media la estimulación de la IL-8 en los neutrófilos humanos. La IL-8 funciona principalmente para inducir la quimiotaxis en neutrófilos y linfocitos, y el silenciamiento de JAK3 inhibe gravemente la quimiotaxis mediada por la IL-8.
Células epiteliales intestinalesEditar
Jak3 interactúa con la proteína de unión a actina villina, facilitando así la remodelación del citoesqueleto y la reparación de heridas en la mucosa. También se han caracterizado los determinantes estructurales que regulan las interacciones entre Jak3 y las proteínas citoesqueléticas de la familia villina / gelsolina. La reconstitución funcional de la actividad quinasa de Jak3 recombinante utilizando Jak3-wt o villina/gelsolina-wt como sustrato mostró que la autofosforilación de Jak3 era el paso que limitaba la velocidad durante las interacciones entre Jak3 y las proteínas del citoesqueleto. Los parámetros cinéticos mostraron que la Jak3 fosforilada (P) se une a la P-villina con una constante de disociación (Kd) de 23 nM y un coeficiente de Hill de 3,7. La unión por pares entre los mutantes de Jak3 y la villina mostró que el dominio FERM de Jak3 era suficiente para unirse a la P-villina con una Kd de 40,0 nM. Sin embargo, el dominio SH2 de Jak3 impidió que la P-villina se uniera al dominio FERM de la proteína no fosforilada. La interacción intramolecular entre los dominios FERM y SH2 de Jak3 no fosforilada impidió que Jak3 se uniera a la villina y la autofosforilación con tirosina de Jak3 en el dominio SH2 disminuyó estas interacciones intramoleculares y facilitó la unión del dominio FERM a la villina. Esto demuestra el mecanismo molecular de las interacciones entre Jak3 y las proteínas del citoesqueleto, donde la fosforilación con tirosina del dominio SH2 actuó como un interruptor intramolecular para las interacciones entre Jak3 y las proteínas del citoesqueleto.
El daño sostenido en el revestimiento de la mucosa en pacientes con enfermedad inflamatoria intestinal (EII) facilita la translocación de los microbios intestinales a las células inmunitarias de la submucosa, lo que conduce a la inflamación crónica. La IL-2 desempeña un papel en la homeostasis de las células epiteliales intestinales (IEC) a través de la regulación dependiente de la concentración de la proliferación y la muerte celular de las IEC. La activación de la IL-2 condujo a interacciones dependientes de la fosforilación de la tirosina entre Jak3 y p52ShcA sólo a bajas concentraciones. Concentraciones más altas de IL-2 disminuyeron la fosforilación de Jak3, interrumpieron sus interacciones con p52ShcA, redistribuyeron Jak3 al núcleo e indujeron la apoptosis en las CEI. La IL-2 también indujo una regulación descendente dependiente de la dosis del ARNm de Jak3. Los estudios de sobreexpresión constitutiva y de eliminación mediada por mir-shRNA demostraron que la expresión de Jak3 era necesaria para la proliferación inducida por la IL-2 en las CEI. Además, la regulación a la baja del ARNm jak3 inducida por la IL-2 fue responsable de una mayor apoptosis inducida por la IL-2 en las CEI. Por lo tanto, la homeostasis de la mucosa inducida por la IL-2 a través de la regulación postraduccional y transcripcional de Jak3.
Jak3 también está implicada en la diferenciación de la mucosa y en la predisposición a la enfermedad inflamatoria intestinal en el modelo de ratones. Estos estudios muestran que Jak3 se expresa en la mucosa colónica de los ratones, y la pérdida de la expresión de Jak3 en la mucosa da lugar a una reducción de la expresión de los marcadores de diferenciación de las células de los linajes enterocítico y secretor. Los ratones Jak3 KO mostraron una expresión reducida de la villina colónica, la anhidrasa carbónica y la mucina secretora muc2, así como un aumento de la inflamación colónica basal que se reflejó en un incremento de los niveles de citoquinas proinflamatorias IL-6 e IL-17A en el colon, junto con un aumento de la actividad de la mieloperoxidasa colónica. Las inflamaciones en los ratones KO se asociaron con el acortamiento de la longitud del colon, la reducción de la longitud del ciego, la disminución de la altura de las criptas y el aumento de la gravedad de la colitis inducida por el sulfato de dextrano. En las células epiteliales colónicas humanas diferenciadas, Jak3 se redistribuyó a las superficies basolaterales e interactuó con la proteína de la unión adherente (AJ) β-catenina. La expresión de Jak3 en estas células fue esencial para la localización en la AJ de la β-catenina y el mantenimiento de las funciones de barrera epitelial. En conjunto, estos resultados demuestran el papel esencial de Jak3 en el colon, donde facilitó la diferenciación de la mucosa mediante la promoción de la expresión de marcadores de diferenciación y mejoró las funciones de barrera colónica a través de la localización de β-catenina en la unión adherente.
Aunque la activación constitutiva de la Janus quinasa 3 (Jak3) da lugar a diferentes tipos de cáncer, el mecanismo de regulación transmolecular de la activación de Jak3 sólo se ha comunicado recientemente. Este estudio demostró que la auto-fosforilación de Jak3 fue el paso limitante durante la trans-fosforilación de Shc por Jak3, donde Jak3 fosforiló directamente (P) dos residuos de tirosina en el dominio SH-2, y un residuo de tirosina en los dominios CH-1 y PID de Shc. Las interacciones directas entre los mutantes de Jak3 y Shc mostraron que mientras el dominio FERM de Jak3 era suficiente para unirse a Shc, los dominios CH-1 y PID de Shc eran los responsables de la unión a Jak3. Funcionalmente, Jak3 se autofosforilaba bajo la estimulación de IL-2 en las células epiteliales. Sin embargo, Shc reclutó a la tirosina fosfatasa SHP-2 y PTP-1B a Jak3 y, por tanto, desfosforiló a Jak3. Así, el estudio no sólo caracterizó la interacción de Jak3 con Shc, sino que también demostró el mecanismo de regulación intracelular de la activación de Jak3 en el que las interacciones de Jak3 con Shc actuaron como regulador de la desfosforilación de Jak3 a través de interacciones directas de Shc tanto con Jak3 como con las tirosina fosfatasas.
La inflamación crónica de bajo grado (CLGI) desempeña un papel clave en el deterioro metabólico de la población obesa. La expresión y activación de Jak3 proporciona protección contra el desarrollo de la CLGI y las complicaciones de salud asociadas. Los estudios realizados en modelos de roedores demuestran que la pérdida de Jak3 provoca un aumento del peso corporal, CLGI sistémica basal, compromiso de la homeostasis glucémica, hiperinsulinemia y síntomas tempranos de esteatosis hepática. La falta de Jak3 también resulta en síntomas exagerados del síndrome metabólico por la dieta occidental alta en grasas. Mecánicamente, se demuestra que Jak3 es esencial para la reducción de la expresión y la activación de los receptores tipo peaje (TLR) en la mucosa intestinal murina y en las células epiteliales intestinales humanas, donde Jak3 interactuó y activó p85, la subunidad reguladora de la PI3K, a través de la fosforilación de tirosina de la proteína adaptadora sustrato del receptor de insulina (IRS1). Estas interacciones dieron lugar a la activación del eje PI3K-Akt, que fue esencial para la reducción de la expresión del TLR y la activación del NF-κB asociada al TLR. En general, Jak3 desempeña un papel esencial en la promoción de la tolerancia de la mucosa a través de la supresión de la expresión y la limitación de la activación de los TLR, previniendo así la CLGI intestinal y sistémica y la obesidad y la MetS asociadas.
El compromiso de las uniones adherentes (AJs) se asocia con varias enfermedades inflamatorias crónicas. La caracterización funcional mostró que la autofosforilación de Jak3 era el paso limitante durante la transfosforilación de β-catenina por Jak3, donde Jak3 fosforila directamente tres residuos de tirosina, a saber, Tyr30, Tyr64 y Tyr86 en el dominio N-terminal (NTD) de β-catenina. Sin embargo, la fosforilación previa de β-catenina en Tyr654 fue esencial para la posterior fosforilación de β-catenina por Jak3. Los estudios de interacción indicaron que Jak3 fosforilada se unió a β-catenina fosforilada con una constante de disociación de 0,28 μm, y aunque tanto el dominio quinasa como el dominio FERM (Banda 4.1, ezrin, radixina y moesina) de Jak3 interactuaron con β-catenina, el dominio NTD de β-catenina facilitó sus interacciones con Jak3. Fisiológicamente, la fosforilación de β-catenina mediada por Jak3 suprimió la transición epitelial-mesenquimal (EMT) mediada por EGF y facilitó las funciones de barrera epitelial mediante la localización AJ de β-catenina fosforilada a través de sus interacciones con α-catenina. Además, la pérdida de sitios de fosforilación mediada por Jak3 en la β-catenina anuló su localización AJ y comprometió las funciones de barrera epitelial. En conjunto, este estudio no sólo caracterizó la interacción de Jak3 con la β-catenina, sino que también demostró el mecanismo de interacción molecular entre la dinámica de la AJ y la EMT mediante la fosforilación del NTD de la β-catenina mediada por Jak3.
La proteína de resistencia al cáncer de mama (BCRP) es un miembro de las proteínas transportadoras de casetes de unión a ATP (ABC) cuya función principal es la de efluir sustratos unidos a la membrana plasmática. El deterioro de las funciones de la barrera intestinal desempeña un papel importante en la obesidad asociada a la inflamación crónica de bajo grado (CLGI), pero se desconocía la regulación de la BCRP durante la obesidad y su papel en el mantenimiento de la función de la barrera intestinal durante la obesidad asociada a la CLGI. Mediante el uso de varios enfoques, como los ensayos de eflujo, la inmunoprecipitación/manchas/histoquímica, el ensayo de permeabilidad paracelular, la clasificación celular activada por fluorescencia, el ensayo de citoquinas y la microscopía de inmunofluorescencia, estudios recientes sugieren que los individuos obesos tienen comprometidas las funciones de la BCRP intestinal y que los ratones obesos inducidos por la dieta recapitulan estos resultados. También se demostró que las funciones comprometidas de la BCRP durante la obesidad se debían a la pérdida de la fosforilación de tirosina de la BCRP mediada por la Janus quinasa 3 (JAK3). Los resultados de los estudios indicaron que la fosforilación de la BCRP mediada por JAK3 promueve sus interacciones con la β-catenina localizada en la membrana, lo cual es esencial no sólo para la expresión de la BCRP y su localización en la superficie, sino también para el mantenimiento de las funciones de barrera y flujo de fármacos intestinales mediadas por la BCRP. Se observó que la reducción de la expresión de JAK3 en el intestino durante la obesidad humana o la eliminación de JAK3 en el ratón o la eliminación de β-catenina mediada por ARNsi en las células epiteliales del intestino humano dan lugar a una pérdida significativa de la expresión de BCRP en el intestino y comprometen el flujo de fármacos y las funciones de barrera del colon. Estos resultados descubren un mecanismo de eflujo de fármacos y funciones de barrera intestinales mediadas por la BCRP y establecen un papel para la BCRP en la prevención de la obesidad asociada a la CLGI tanto en humanos como en ratones. Estos estudios tienen implicaciones más amplias no sólo en nuestra comprensión de los mecanismos fisiológicos y fisiopatológicos de las funciones de barrera intestinal y de las enfermedades inflamatorias crónicas asociadas a la CLGI, sino también en las características farmacocinéticas y farmacodinámicas del flujo de fármacos mediado por proteínas de las formulaciones de fármacos orales.