Aspartoacilasa

La aspartoacilasa es una enzima hidrolítica ( EC 3.5.1.15 , también llamada aminoacilasa II , ASPA y otros nombres ^{[ a ]} ) que en humanos está codificada por el gen ASPA . La ASPA cataliza la desacilación del N -acetil-L-aspartato ( N-acetilaspartato) en aspartato y acetato . ^{[ 7 ] [ 8 ]} Es una hidrolasa dependiente de zinc que promueve la desprotonación del agua para usarla como nucleófilo en un mecanismo análogo al de muchas otras hidrolasas dependientes de zinc. ^{[ 9 ]} Se encuentra con mayor frecuencia en el cerebro , donde controla los niveles de N -acetil-L-aspartato. Las mutaciones que resultan en la pérdida de la actividad de la aspartoacilasa están asociadas con la enfermedad de Canavan , una enfermedad neurodegenerativa autosómica recesiva rara . ^{[ 10 ]}

La aspartoacilasa es un dímero de dos monómeros idénticos de 313 aminoácidos y utiliza un cofactor de zinc en cada uno. ^{[ 5 ] [ 11 ]} Hay dos dominios distintos en cada monómero: el dominio N-terminal de los residuos 1-212 y el dominio C-terminal de los residuos 213-313. ^{[ 12 ]} El dominio N-terminal de la aspartoacilasa es similar al de las hidrolasas dependientes de zinc, como la carboxipeptidasa A. Sin embargo, las carboxipeptidasas no tienen algo similar al dominio C. En la carboxipeptidasa A, el sitio activo es accesible a sustratos grandes , como el voluminoso residuo C-terminal de los polipéptidos , mientras que el dominio C dificulta estéricamente el acceso al sitio activo en la aspartoacilasa. En cambio, el dominio N y el dominio C de la aspartoacilasa forman un canal estrecho y profundo que conduce al sitio activo. ^{[ 5 ]}

El cofactor de zinc se encuentra en el sitio activo y está sujeto por Glu-24, His-21 e His-116. ^{[ 13 ]} El sustrato está sujeto por Arg-63, Asn-70, Arg-71, Tyr-164, Arg-168 y Tyr-288. ^{[ 5 ]} El cofactor de zinc se utiliza para disminuir el pKa de una molécula de agua ligada , de modo que pueda producirse un ataque sobre el N-acetil-L-aspartato y para estabilizar el intermedio tetraédrico resultante junto con Arg-63 y Glu-178. ^{[ 13 ]}

Existen dos tipos de mecanismos posibles para las hidrolasas dependientes de zinc, dependiendo del nucleófilo . El primero utiliza agua desprotonada y el segundo ataca con un aspartato o glutamato, formando primero un anhídrido . ^{[ 14 ]} La aspartoacilasa sigue el mecanismo del agua desprotonada. ^{[ 13 ]} El zinc disminuye el pKa de una molécula de agua ligada y la reacción procede mediante un ataque al N-acetil-l-aspartato cuando la molécula de agua es desprotonada por Glu-178. ^{[ 5 ]} Esto conduce a un intermedio tetraédrico que es estabilizado por el zinc, Arg-63 y Glu-178. ^{[ 13 ]} Finalmente, el carbonilo se reforma, el enlace con el nitrógeno se rompe y el nitrógeno es protonado por el protón tomado por Glu-178, todo en un paso concertado. ^{[ 14 ]}

La aspartoacilasa se utiliza para metabolizar el N -acetil-L-aspartato catalizando su desacilación. La aspartoacilasa previene la acumulación de N-acetil-L-aspartato en el cerebro. Se cree que controlar los niveles de N-acetil-L-aspartato es esencial para el desarrollo y mantenimiento de la sustancia blanca . ^{[ 5 ]} No se sabe por qué se produce tanto N-acetil-L-aspartato en el cerebro ni cuál es su función principal. ^{[ 15 ]} Sin embargo, una hipótesis es que potencialmente se utiliza como un reservorio químico del que se puede extraer acetato para la síntesis de acetil-CoA o aspartato para la síntesis de glutamato . ^{[ 15 ] [ 16 ]} De esta manera, el N-acetil-L-aspartato puede utilizarse para transportar estas moléculas precursoras y la aspartoacilasa se utiliza para liberarlas. Por ejemplo, el N-acetil-L-aspartato producido en las neuronas puede transportarse a los oligodendrocitos y el acetato liberado puede utilizarse para la síntesis de mielina . ^{[ 12 ] [ 17 ]} Otra hipótesis es que el N-acetil-L-aspartato es un osmolito esencial que actúa como una bomba de agua molecular que ayuda a mantener un equilibrio de fluidos adecuado en el cerebro. ^{[ 18 ]}

Se han identificado mutaciones que conducen a la pérdida de la actividad de la aspartoacilasa como la causa de la enfermedad de Canavan . ^{[ 19 ]} La enfermedad de Canavan es un trastorno autosómico recesivo raro que causa degeneración esponjosa de la sustancia blanca en el cerebro y retraso psicomotor grave, que generalmente conduce a la muerte a una edad temprana. ^{[ 12 ] [ 20 ]} La pérdida de la actividad de la aspartoacilasa conduce a la acumulación de N-acetil-L-aspartato en el cerebro y un aumento en la concentración de orina de hasta 60 veces los niveles normales. ^{[ 19 ]} Aunque el mecanismo exacto de cómo la pérdida de la actividad de la aspartoacilasa conduce a la enfermedad de Canavan no se comprende completamente, hay dos explicaciones principales en competencia. La primera es que conduce a una síntesis defectuosa de mielina debido a una deficiencia de acetil-CoA derivado del producto acetato. ^{[ 20 ]} Otra explicación es que los niveles elevados de N-acetil-l-aspartato interfieren con su mecanismo osmorregulador cerebral normal , lo que conduce a un desequilibrio osmótico. ^{[ 21 ]}

Se han descrito más de 70 mutaciones de esta enzima, pero las más comunes son las sustituciones de aminoácidos E285A y A305E. ^{[ 12 ]} La mutación E285A reduce la actividad de la aspartoacilasa hasta un 0,3% de su función normal y se encuentra en el 98% de los casos con ascendencia judía asquenazí . ^{[ 22 ]} La mutación A305E se encuentra en aproximadamente el 40% de los pacientes no judíos y reduce la actividad a aproximadamente el 10%. ^{[ 22 ]} De estas dos mutaciones, se ha obtenido una estructura cristalina del mutante E285A, que muestra que la pérdida del enlace de hidrógeno del glutamato conduce a un cambio conformacional que distorsiona el sitio activo y altera la unión del sustrato, lo que resulta en una actividad catalítica mucho menor. ^{[ 12 ]}

• Ácido aspártico
• Neurodegeneración
• Deficiencia enzimática

• Aspartoacilasa en los Encabezamientos de Materias Médicas (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.
• Resumen de toda la información estructural disponible en el PDB para UniProt : P45381 (Aspartoacilasa) en el PDBe-KB .