glicoproteína P

La glicoproteína P 1 ( glicoproteína de permeabilidad , abreviada como P-gp o Pgp ), también conocida como proteína de resistencia a múltiples fármacos 1 ( MDR1 ), miembro 1 de la subfamilia B de la casete de unión a ATP ( ABCB1 ) o clúster de diferenciación 243 ( CD243 ), es una proteína importante de la membrana celular que bombea muchas sustancias extrañas fuera de las células. Formalmente, es una bomba de eflujo dependiente de ATP con amplia especificidad de sustrato . Está presente en animales, hongos y bacterias, y probablemente evolucionó como un mecanismo de defensa contra sustancias nocivas.

La P-gp se distribuye y expresa ampliamente en el epitelio intestinal, donde bombea xenobióticos (como toxinas o fármacos) de vuelta a la luz intestinal ; en las células hepáticas , donde los bombea a los conductos biliares ; en las células del túbulo proximal del riñón, donde los bombea al filtrado urinario (en el túbulo proximal); y en las células endoteliales capilares que componen la barrera hematoencefálica y la barrera hemato-testicular , donde los bombea de vuelta a los capilares.

La P-gp es una glicoproteína que en humanos está codificada por el gen ABCB1 . ^{[ 4 ]} La P-gp es un transportador ABC bien caracterizado (que transporta una amplia variedad de sustratos a través de membranas extra e intracelulares) de la subfamilia MDR / TAP . ^{[ 5 ]} La excreción normal de xenobióticos de vuelta al lumen intestinal por la P-gp reduce farmacocinéticamente la eficacia de algunos fármacos (que se consideran sustratos de la P-gp ). Además, algunas células cancerosas también expresan grandes cantidades de P-gp, lo que amplifica aún más ese efecto y hace que estos cánceres sean multirresistentes a los fármacos . Muchos fármacos inhiben la P-gp, generalmente de forma incidental y no como su principal mecanismo de acción ; algunos alimentos también lo hacen. ^{[ 6 ]} Cualquier sustancia de este tipo puede denominarse a veces inhibidor de la P-gp.

La P-gp fue descubierta en 1971 por Victor Ling .

Una revisión de polimorfismos en ABCB1 realizada en 2015 concluyó que "el efecto de la variación de ABCB1 en la expresión de la glicoproteína P (ARN mensajero y expresión de proteínas) y/o su actividad en diversos tejidos (p. ej., hígado, intestino y corazón) parece ser pequeño. Si bien los polimorfismos y haplotipos de ABCB1 se han asociado con alteraciones en la disposición y respuesta a fármacos, incluyendo eventos adversos con diversos sustratos de ABCB1 en diferentes poblaciones étnicas, los resultados han sido en gran medida contradictorios, con una relevancia clínica limitada". ^{[ 7 ]}

La P-gp es una glicoproteína transmembrana de 170 kDa , que incluye 10–15 kDa de glicosilación N-terminal. La mitad N-terminal de la proteína contiene seis hélices transmembrana, seguidas de un gran dominio citoplasmático con un sitio de unión de ATP, y luego una segunda sección con seis hélices transmembrana y un dominio de unión de ATP que muestra más del 65% de similitud de aminoácidos con la primera mitad del polipéptido. ^{[ 8 ]} En 2009, se resolvió la primera estructura de una glicoproteína P de mamífero (3G5U). ^{[ 9 ]} La estructura se derivó del producto del gen MDR3 del ratón expresado heterólogamente en la levadura Pichia pastoris . La estructura de la P-gp del ratón es similar a las estructuras del transportador ABC bacteriano MsbA (3B5W y 3B5X) ^{[ 10 ]} que adoptan una conformación orientada hacia el interior que se cree que es importante para la unión del sustrato a lo largo de la capa interna de la membrana. También se resolvieron estructuras adicionales (3G60 y 3G61) de la P-gp que revelaron el/los sitio(s) de unión de dos sustratos/inhibidores peptídicos cíclicos diferentes. El bolsillo de unión promiscuo de la P-gp está revestido con cadenas laterales de aminoácidos aromáticos.

Mediante simulaciones de dinámica molecular (DM), se demostró que esta secuencia tiene un impacto directo en la estabilidad estructural del transportador (en los dominios de unión de nucleótidos) y define un límite inferior para el bolsillo interno de unión del fármaco. ^{[ 11 ]}

La P-gp se expresa principalmente en ciertos tipos de células del hígado, páncreas, riñón, colon y yeyuno . ^{[ 12 ]} La P-gp también se encuentra en las células endoteliales de los capilares cerebrales . ^{[ 13 ]}

El sustrato ingresa a la P-gp a través de una abertura en la capa interna de la membrana o en el lado citoplasmático de la proteína. El ATP se une en el lado citoplasmático. Tras la unión, la hidrólisis del ATP desplaza el sustrato a una posición que permite su excreción celular. La liberación del fosfato (de la molécula de ATP original) ocurre simultáneamente con la excreción del sustrato. Se libera ADP y una nueva molécula de ATP se une al sitio de unión secundario. La hidrólisis y la liberación de ADP y una molécula de fosfato reinician la proteína, permitiendo que el proceso comience de nuevo.

La proteína pertenece a la superfamilia de transportadores de casete de unión a ATP (ABC) . Las proteínas ABC transportan diversas moléculas a través de membranas extra e intracelulares. Los genes ABC se dividen en siete subfamilias distintas (ABC1, MDR/TAP, MRP, ALD, OABP, GCN20, White). Esta proteína es miembro de la subfamilia MDR/TAP. Los miembros de la subfamilia MDR/TAP están implicados en la resistencia a múltiples fármacos . La P-gp es una bomba de eflujo de fármacos dependiente de ATP para compuestos xenobióticos con una amplia especificidad de sustrato. Es responsable de la disminución de la acumulación de fármacos en células resistentes a múltiples fármacos y a menudo media el desarrollo de resistencia a fármacos anticancerígenos. Esta proteína también funciona como transportador en la barrera hematoencefálica . Las mutaciones en este gen están asociadas con la resistencia a la colchicina y la enfermedad inflamatoria intestinal 13. El empalme alternativo y el uso de promotores alternativos dan como resultado múltiples variantes de transcripción. ^{[ 14 ]}

La P-gp transporta diversos sustratos a través de la membrana celular, entre ellos:

• Fármacos como la colchicina , la desloratadina , ^{[ 15 ]} el tacrolimus y la quinidina .
• Agentes quimioterapéuticos como los inhibidores de la topoisomerasa (es decir, etopósido , doxorrubicina ), fármacos dirigidos a los microtúbulos (es decir, vinblastina ) e inhibidores de la tirosina quinasa (es decir, gefitinib , sunitinib ).
• Lípidos
• Esteroides
• Xenobióticos
• Péptidos
• Bilirrubina
• Glucósidos cardíacos como la digoxina
• Agentes inmunosupresores
• Glucocorticoides como la dexametasona
• Agentes de terapia antirretroviral contra el VIH tipo 1, como los inhibidores de la proteasa y los inhibidores de la transcriptasa inversa no nucleósidos.

Su capacidad para transportar los sustratos mencionados anteriormente explica las numerosas funciones de la P-gp, entre las que se incluyen:

• Regulación de la distribución y biodisponibilidad de los medicamentos
  • El aumento de la expresión intestinal de la glicoproteína P puede reducir la absorción de fármacos que son sustratos de la glicoproteína P. Por lo tanto, se produce una menor biodisponibilidad y no se alcanzan concentraciones plasmáticas terapéuticas. Por otro lado, pueden producirse concentraciones plasmáticas supraterapéuticas y toxicidad farmacológica debido a la disminución de la expresión de la glicoproteína P.
  • Transporte celular activo de antineoplásicos que da como resultado resistencia a múltiples fármacos.
• La eliminación de metabolitos tóxicos y xenobióticos de las células hacia la orina , la bilis y la luz intestinal.
• El transporte de compuestos fuera del cerebro a través de la barrera hematoencefálica.
• Captación de digoxina
• Prevención de la entrada de ivermectina y loperamida en el sistema nervioso central.
• La migración de células dendríticas
• Protección de las células madre hematopoyéticas contra las toxinas. ^{[ 5 ]}

Es inhibida por muchos fármacos, como amiodarona , azitromicina , captopril , claritromicina , ciclosporina , piperina , quercetina , quinidina , quinina , reserpina , ritonavir , tariquidar y verapamilo . ^{[ 16 ]}

A nivel transcripcional , la expresión de P-gp ha sido estudiada intensamente, y se sabe que numerosos factores de transcripción y vías desempeñan funciones. Una variedad de factores de transcripción, como p53 , ^{[ 17 ]} YB-1 , ^{[ 18 ]} y NF-κB ^{[ 19 ]} están involucrados en la regulación directa de P-gp al unirse a las regiones promotoras del gen P-gp. Muchas vías de señalización celular también están involucradas en la regulación transcripcional de P-gp. Por ejemplo, se informó que la vía PI3K/Akt ^{[ 18 ]} y la vía Wnt/β-catenina ^{[ 20 ]} regulan positivamente la expresión de P-gp. La señalización de la proteína quinasa activada por mitógeno (MAPK) incluye tres vías: la vía clásica MAPK/ERK , la vía p38 MAPK y la vía de la quinasa N-terminal de c-Jun (JNK), todas las cuales se ha informado que tienen implicaciones en la regulación de la expresión de P-gp. Los estudios sugieren que la vía MAPK/ERK está involucrada en la regulación positiva de P-gp; ^{[ 21 ]} la vía p38 MAPK regula negativamente la expresión del gen P-gp; ^{[ 22 ]} y se informó que la vía JNK está involucrada tanto en la regulación positiva como en la negativa de P-gp. ^{[ 23 ] [ 24 ]}

Después de 2008, los microARN (miARN) fueron identificados como nuevos actores en la regulación de la expresión de P-gp tanto a nivel transcripcional como postranscripcional . Algunos miARN disminuyen la expresión de P-gp. Por ejemplo, miR-200c regula negativamente la expresión de P-gp a través de la vía de señalización JNK ^{[ 23 ]} o ZEB1 y ZEB2 ; ^{[ 25 ]} miR-145 regula negativamente el ARNm de P-gp al unirse directamente a la 3'-UTR del gen de P-gp y, por lo tanto, suprime la traducción de P-gp. ^{[ 26 ]} Algunos otros miARN aumentan la expresión de P-gp. Por ejemplo, miR-27a regula positivamente la expresión de P-gp al suprimir la proteína inhibidora de la quinasa Raf (RKIP); ^{[ 27 ]} alternativamente, miR-27a también puede unirse directamente al promotor del gen P-gp, lo que funciona de manera similar al mecanismo de acción de los factores de transcripción. ^{[ 28 ]}

La expresión de P-gp también está regulada por eventos postraduccionales, como la modificación postranscripcional , la degradación y el tráfico intracelular de P-gp. Pim-1 protege a P-gp de la ubiquitinación y la posterior degradación en el proteasoma . ^{[ 29 ]} Las GTPasas pequeñas Rab5 regulan negativamente el tráfico endocítico de P-gp y, por lo tanto, aumentan el nivel funcional de P-gp en la membrana celular ; ^{[ 30 ]} mientras que las GTPasas pequeñas Rab4 funcionan de manera opuesta: Rab4 regula negativamente el tráfico exocítico de P-gp desde los compartimentos intracelulares a la membrana celular y, por lo tanto, disminuye el nivel funcional de P-gp en la membrana celular. ^{[ 31 ]}

La P-gp se caracterizó por primera vez en 1976. Se demostró que la P-gp era responsable de conferir resistencia a múltiples fármacos a células cancerosas mutantes cultivadas que habían desarrollado resistencia a fármacos citotóxicos. ^{[ 5 ] [ 50 ]}

La estructura de la P-gp del ratón, que tiene un 87 % de identidad de secuencia con la P-gp humana, se resolvió mediante cristalografía de rayos X en 2009. ^{[ 9 ]} La primera estructura de la P-gp humana se resolvió en 2018, con la proteína en su conformación unida a ATP y orientada hacia el exterior. ^{[ 51 ]}

El verapamilo radiactivo se puede utilizar para medir la función de la P-gp con tomografía por emisión de positrones . ^{[ 52 ]}

La P-gp también se utiliza para diferenciar las células B transicionales de las células B vírgenes. Para esta diferenciación se pueden utilizar colorantes como la rodamina 123 y los colorantes MitoTracker de Invitrogen . ^{[ 53 ]}

El polimorfismo de un solo nucleótido rs1045642 (3435T>C o 3435C>T) es importante para la actividad diferencial de la bomba P-gp.

Los sujetos homocigotos, identificados con el genotipo TT , suelen tener mayor capacidad para expulsar xenobióticos de la célula. Un genotipo homocigoto para el alelo ABCB1/MDR1 permite una mayor absorción de los vasos sanguíneos y una menor extrusión hacia la luz vascular . Los xenobióticos se expulsan a menor velocidad con alelos heterocigotos (CT) en comparación con los homocigotos. ^{[ 55 ]}

• Glicoproteína P en los Encabezamientos de Materias Médicas (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.
• Ubicación del gen humano ABCB1 en el navegador genómico de UCSC .
• Detalles del gen humano ABCB1 en el navegador genómico de UCSC .

Este artículo incorpora texto de la Biblioteca Nacional de Medicina de los Estados Unidos , que es de dominio público .